Wykorzystanie biomasy w energetyce
BIOMASA Ogół materii organicznej, którą można wykorzystać pod względem energetycznym. Produkty, które są podatne na rozkład biologiczny, ich odpady, frakcje, pozostałości przemysłu rolnego (także substancje roślinne i zwierzęce), leśnictwa, i powiązanych gałęzi gospodarki, a także frakcje odpadów miejskich i przemysłowych.
Biomasa, występuje w trzech stanach skupienia; stałym, ciekłym i gazowym i pozwala na produkcję BIOPALIW. STAŁY- wyróżniamy np. brykiet, który może być wytwarzany z każdego rodzaju biomasy roślinnej, lecz najczęściej produkowany jest z trocin, wiórów, zrębków drzewnych czy słomy CIEKŁY-bioolej, biodiesel czy bioalkohole produkowane są z rozmaitych surowców, przy użyciu rozmaitych technologii GAZOWY-pozyskiwanego w procesie fermentacji metanowej biogazu do celów energetycznych wykorzystywany jest także holzgas, czyli gaz drzewny powstający w procesie pirolizy
Biomasa stała może występować w formie przetworzonej np. brykiety i pelety. Powstają one w wyniku prasowania pod wysokim ciśnieniem. Nie stosuje się żadnych substancji klejących. Spojenie materiału następuje dzięki naturalnej ligninie zawartej w roślinach.
Biopaliwa płynne to estry kwasów tłuszczowych oraz bioetanol. W Polsce najczęściej stosowanym surowcem do produkcji biodiesla jest olej rzepakowy. Wadą biodiesla jest to, że nie można go stosowac zimą przy niskich temperaturach oraz ma mniejszą wartość opałową niż tradycyjny diesel.
Biopaliwa gazowe- biogaz jest mieszaniną gazów, w której dominują metan i dwutlenek węgla Biogaz powstaje w procesie fermentacji beztlenowej. Proces ten może przebiegać zarówno pod nadzorem i kontrolą w biogazowniach, jak również w sposób niekontrolowany np wewnątrz torfowisk, w składowisku odpadów, w warstwach mułu ( po zalaniu upraw przez powódź)
Historycznie
Od zarania dziejów biomasa była wykorzystywana przez człowieka, on jednak nie zdawał sobie z tego sprawy- nie miał on bowiem świadomości czym jest biomasa. Ponieważ początkowo- w czasach prehistorycznych- człowiek nie potrafił rozniecać ognia, źródłem ognia były pioruny. Kiedy udało się pozyskać ogień z płonącego lasu, podtrzymywano go, aby ogrzać się, przyrządzić jedzenie. Nawet po nabyciu umiejętności rozpalania długi czas drewno było jedynym surowcem energetycznym.
W czasie nastąpienia rewolucji przemysłowej- wiek XVIII- drewno zamieniono na paliwa kopalne, węgiel, ropę naftową.
Można powiedzieć, że biomasa od kilkudziesięciu lat przechodzi swój renesans. Intensywne uprzemysłowienie, wielkie fabryki, elektrownie, ogromna liczba samochodów to czynniki powodujące ogromne zanieczyszczenie środowiska, przez co na nowo zaczęto doceniać takie produkty energetyczne jak drewno.
Technologia wykorzystywania biomasy
SPALANIE- do produkcji energii cieplnej, i do wytwarzania energii elektrycznej. To najbardziej powszechna i najprostsza forma 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. 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 dopalania gazu i oddawania ciepła w wymienniku.
GAZYFIKACJA- zachodzi w wysokiej temperaturze- proces konwersji termochemicznej. Jego produktem nie jest jednak ciepło a gaz, który dopiero po spaleniu dostarcza energii cieplnej. Gaz ten, może być też wykorzystywany w kuchenkach gazowych, turbinach (do produkcji elektryczności) oraz maszynach wykonujących pracę mechaniczną. Proces gazyfikacji paliw stałych przebiega dwustopniowo: w pierwszej komorze w warunkach niedoboru powietrza oraz stosunkowo niskiej temperaturze (450-800o C) paliwo zostaje odgazowane, w wyniku czego powstaje gaz palny oraz mineralna pozostałość (węgiel drzewny), w drugim etapie w komorze dopalania w temperaturze około 1000-1200o C i w obecności nadmiaru tlenu następuje spalenie powstałego gazu.
PIROLIZA- podczas procesu pirolizy biomasa ulega termicznemu przekształceniu przy braku dostępu tlenu. W zależności od warunków przebiegu tego procesu można wyróżnić pyrolizę konwencjonalną, szybką i błyskawiczną.przebieg procesu pyrolizy: suszenie paliwa do wilgotności poniżej 10% mielenie biomasy na bardzo małe cząsteczki, aby zapewnić szybki przebieg reakcji reakcja pyrolizy wydzielenie produktów stałych schładzanie i gromadzenie bio-oleju. PROCESY BIOCHEMICZNE: Fermentacja alkoholowa to proces rozkładu węglowodanów, zachodzący po dodaniu drożdży do takich surowców, jak zboże, pszenica, winogrona czy buraki cukrowe i zapewnieniu temu materiałowi warunków beztlenowych. Produktem tego rodzaju fermentacji jest alkohol. Fermentacja metanowa to następujący przy ograniczonym dostępie tlenu proces rozkładu wielkocząsteczkowych substancji organicznych (głównie węglowodanów, białka, tłuszczów i ich pochodnych) do alkoholi lub niższych kwasów organicznych, a także metanu, dwutlenku węgla i wody.
Potencjał w Polsce
W Polsce jedną z najpopularniejszych roślin z grupy biomasywnych jest wierzba wiciowa, która nazywana jest wierzbą energetyczną.
Z jednego hektara uprawy można pozyskać rocznie około 10-15 ton suchej masy. Przyjmuje się, że średnio jedna karpa wieloletnia produkuje 1kg suchej masy rocznie. Tak więc wielkość plonu zależy nie tylko od warunków glebowo-klimatycznych, ale również od zastosowanej więźby oraz częstotliwości zbiorów. Plantacja wierzb krzewiastych może być prowadzona przeciętnie przez okres 20-25 lat.
Energia uzyskiwana z biomasy stanowi 15% światowego zużycia energii. W Polsce z importu pochodzi 85% biomasy, np. z Rosji. Polska jest jednym z największych producentów energii elektrycznej z biomasy stałej w Unii Europejskiej.
Potencjał teoretyczny, jest to ilość energii możliwej do wykorzystania, przy założeniu 100% sprawności procesu przetwarzania ( nie uwzględnia rzeczywistych sprawności). Potencjał teoretyczny uwzględnia, że całkowity dostępny potencjał jest wykorzystywany w celach energetycznych. Potencjał techniczny jest częścią potencjału teoretycznego, lecz uwzględnia sprawność dostępnych technologii, energię zużywaną na podtrzymanie procesu przetwarzania, położenie geograficzne oraz aspekty związane z magazynowaniem energii. Potencjał ekonomiczny jest częścią potencjału technicznego zależną od cen paliw, wysokości podatków, wysokości wsparcia dla danej działalności energetycznej. Jest on obliczany w oparciu o szczegółowe analizy opłacalności danej działalności.
Energia biomasy WADY mniejsza wartość energetyczna, niektóre odpady są dostępne tylko sezonowo, szkodliwe związki ze spalania biomasy zawierającej pestycydy ZALETY nieszkodliwa dla środowiska, zerowa emisja CO2 zapobiega marnotrawstwu nadwyżki żywności, dostępna na całym świecie niewyczerpalna
Przygotowała: Weronika Wawro Grupa KrZZGi2211 Rok akademicki: 2016/2017 Źródła: www.agroenergetyka.pl www.zielonaenergia.eco.pl www.biomasa.org Witold M. Lewandowski Proekologiczne odnawialne źródła energii, Wyd. WNT, 2013