mapa serwisu kontakt
Odnawialne Żródła Energii Opolszczyzny



Program Operacyjny Kapitał Ludzki Unia Europejska - Europejski Fundusz Społeczny

Aktualnie znajdujesz się na » strona główna » Ogólne informacje » Energia biomasy

Energia biomasy

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 14 sierpnia 2008 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 156 poz. 969).

Do celów energetycznych można wykorzystać następujące postacie biomasy:

  • drewno odpadowe w leśnictwie i przemyśle drzewnym oraz odpadowe opakowania drewniane;
  • słomę – zbożową, z roślin oleistych lub strączkowych oraz siano;
  • plony z plantacji roślin energetycznych;
  • odpady organiczne gnojowicę, osady ściekowe, makulaturę, odpady organiczne z cukrowni, roszarni lnu; gorzelni; browarów; itp.;
  • biopaliwa płynne do celów transportowych, np. oleje roślinne, biodiesel, bioetanol z gorzelni i agrorafinerii;
  • biogaz z gnojowicy, osadów ściekowych i wysypisk komunalnych.

Biomasę łatwo przetwarza się w paliwo do postaci stałej, płynnej lub gazowej. Energetyczne zasoby biomasy obejmują dwie grupy: Do pierwszej należą nośniki energii w fazie stałej, nadające się do spalania, pirolizy oraz tlenowo-parowego zgazowania do mieszaniny tlenku i dwutlenku węgla, wodoru i metanu. Gaz ten można przetwarzać w energię elektryczną i ciepło wg wariantowych technologii, ale również do metanolu, czy paliw silnikowych wg technologii Fischera-Tropscha, co realizuje się już w skali przemysłowej. Do drugiej zalicza się przetwarzanie określonych składników biomasy w paliwa płynne i biogaz, będący przede wszystkim mieszaniną średnio 60% obj. metanu oraz 40% dwutlenku węgla.

Energetyczna ocena biomasy na tle paliw konwencjonalnych, może dotyczyć wielu ich właściwości, jednak za najważniejsze należy uznać: wartość opałową, zawartość wilgoci, popiołu i części lotnych. Porównanie tych właściwości przedstawiają tabele 1. Skład elementarny biomasy i węgli stosowanych w energetyce jakościowo jest taki sam. Różnice występują natomiast w udziałach poszczególnych pierwiastków i związków chemicznych. Biomasa zawiera średnio około czterokrotnie więcej tlenu, dwukrotnie mniej węgla, oraz mniej siarki i azotu. Konsekwencją tego składu jest wysoka zawartość części lotnych.

Tabela 1 Wartości energetyczna wybranych paliw konwencjonalnych i drewna (wartości uśrednione)

Paliwo

Wartość

Wartośc opałowa [MJ/kg], [MJ/m3]

Zawartość wilgoci [%]

Zawartość popiołu [%]

Zawartość części lotnych [%]

Gaz ziemny

35,8-39,3

-

-

100

Olej opałowy lekki

41

0,5

0,01-0,2

98-99

Węgiel kamienny

20-33

7-13

12-27

30-40

Węgiel brunatny

6-12

45-60

7-17

55-60

Drewno

4-18

15-55

0,5-1,5

70-80

Słoma żółta

14,4

15

4

70

Słoma szara

15

15

3

73

Niekorzystną cechą biomasy jest jej wysoka (nawet do 50%) i zmienna (w zależności od rodzaju biomasy i okresu jej sezonowania) zawartość wilgoci. Na rysunku 1 przedstawiono zależność wartości energetycznej od wilgotności słomy. Zawartość wilgoci w biomasie wpływa na zmniejszenie wartości opałowej, ale wpływa również na przebieg samego procesu spalania, powodując powiększenie objętościowego strumienia spalin.

Rysunek 1 Zależność wartości energetycznej od wilgotności słomy.

W porównaniu do węgla biomasa charakteryzuje się dużo wyższą zawartością związków alkalicznych (zwłaszcza potasu), wapnia i fosforu, a w przypadku słomy i innych roślin jednorocznych, a także liści i kory drzew, również wysoką zawartością chloru, co może prowadzić do wzmożonej korozji oraz narastania agresywnych osadów w kotle podczas jej bezpośredniego spalania. Dodatnią cechą biomasy (zwłaszcza drzewnej) jest znacznie niższa zawartość popiołu i siarki.

Dla ujednolicenia i polepszenia przydatności biomasy do celów energetycznych należy ją zbrykietować po uprzednim jej wysezonowaniu i doprowadzeniu do jednolitej wilgotności 10-12 %.

Zalety brykietu i pelletu :

  • Podwyższenie wartości opałowej do 16-18 MJ/kg,
  • Wartość opałowa porównywalna ze słabej jakości węglem kamiennym (1,5 tony brykietu zastępuje tonę węgla )
  • Niska wilgotność brykietu (8%-15%) zapewnia osiąganie maksymalnej sprawności pieca
  • Ujednolicenie struktury opału ( średnica 50- 60 mm długość dowolna )
  • Ciężar nasypowy około 700 kg/ m3 słoma w belach ( 120 do 150 kg/m3 ) daje możliwości transportu na większe odległości.
  • Nie ma problemu samozapłonu przy składowaniu
  • Nie pleśnieje, nie psuje się, łatwy w transporcie
  • Nadaje się do automatyzacji procesów spalania w małych i dużych piecach
  • Popiół ze spalania może być wykorzystany jako nawóz rolniczy

Biopaliwa płynne

O ile na świecie wśród biopaliw dominuje bioetanol, to rynek biopaliw w krajach Unii Europejskiej zdominowany jest wciąż przez biodiesel, stanowiący ponad 80% obj. ogólnej produkcji biopaliw . Popularność biodiesla wynika z faktu, iż może być użyty w czystej formie lub w dowolnej mieszaninie z olejem napędowym

Mówiąc o biopaliwach, myśli się obecnie najczęściej o biopaliwach pierwszej generacji, takich jak:

  • bioetanol (BioEtOH) rozumiany jako konwencjonalny etanol, otrzymywany z procesów hydrolizy i fermentacji z takich surowców jak: zboża, buraki cukrowe itp.;
  • czyste oleje roślinne (PVO-pure vegetable oils) otrzymywane z procesów tłoczenia na zimno i ekstrakcji ziaren roślin oleistych;
  • biodiesel stanowiący estry metylowe oleju rzepakowego (RME) lub estry metylowe (FAME) i etylowe (FAEE) wyższych kwasów tłuszczowych innych roślin oleistych, otrzymywane w wyniku procesów tłoczenia na zimno, ekstrakcji i transestryfikacji;
  • biodiesel stanowiący estry metylowe i etylowe, otrzymywany w wyniku transestryfikacji posmażalniczych odpadów olejowych;
  • biogaz powstający wskutek oczyszczenia zawilgoconego biogazu składowiskowego bądź rolniczego;
  • Bio-ETBE otrzymywany z przeróbki chemicznej bioetanolu.

Natomiast przewiduje się, że w ciągu kilku najbliższych lat na rynku pojawi się II generacja biopaliw transportowych, wytwarzanych z roślin niekonsumpcyjnych-energetycznych czy odpadów. Są to m.in:

  • bioetanol otrzymywany w wyniku zaawansowanych procesów hydrolizy i fermentacji lignocelulozy pochodzącej z biomasy (z wyłączeniem surowców o przeznaczeniu spożywczym);
  • syntetyczne biopaliwa stanowiące produkty przetwarzania biomasy poprzez zgazowanie i odpowiednią syntezę na ciekłe komponenty paliwowe (BtL), paliwa do silników o zapłonie samoczynnym pochodzące z przetwarzania lignocelulozy z biomasy w procesach Fischer-Tropscha, biodiesel syntetyczny z kompozycji produktów lignocelulozowych, biometanol, mieszaniny wyższych alkoholi oraz dimetyloeter (bio-DME);
  • biodiesel, jako biopaliwo lub komponent paliwowy do silników o zapłonie samoczynnym otrzymywany w wyniku rafinacji wodorem (hydrogenizacji) olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych;
  • biogaz jako syntetycznie otrzymywany gaz ziemny (SNG), otrzymywany w wyniku procesów zgazowania lignocelulozy i odpowiedniej syntezy;
  • biowodór otrzymywany w wyniku zgazowania lignocelulozy i syntezy produktów zgazowania lub w wyniku procesów biochemicznych.

Generalnie produkcja biopaliw II generacji charakteryzuje się nie tylko różnorodnością surowców (surowce nieżywnościowe, odpady rolnicze, komunalne, zakładów przetwórstwa rolnospożywczego), ale i niższymi kosztami w przyszłości. Biopaliwa te mogą przynieść korzyści w zakresie redukcji GHG, mogą też spowodować zmniejszenie konkurencyjności dla roślin przeznaczonych na żywność, a przecież już w 2007 r. zaobserwowano wzrost cen makaronu w niektórych krajach UE, gdyż ziarno przeznaczono do produkcji biopaliwa.

Na podstawie wyników różnych badań przewiduje się, że w roku 2010–2012 konkurencyjność biopaliw II generacji będzie na tyle wysoka, że zaczną one stopniowo zastępować biopaliwa I generacji.

Główny wpływ na ten stan rzeczy będzie miała wysoka i rosnąca wydajność roślin energetycznych, przy stosunkowo niższej efektywności zaawansowanych technologii konwersji II generacji – bardziej skomplikowanych – w porównaniu z I generacją .

Prawdopodobnie w ciągu 5 lat druga generacja „pokona” kosztowo pierwszą generację najpóźniej nastąpi to ok. 2015 r.

W 2010 roku należy oczekiwać wejścia na rynek biopaliw II generacji, zaś w 2020 roku osiągnięcia maksimum udziału przez paliwa I generacji i wejścia na rynek paliwa III generacji (wodoru).Udział wodoru stale będzie wzrastał, zaś II generacji nasyci się ok. 2050 r. Pod koniec omawianego okresu biopaliwa I generacji zostaną wyparte z rynku.

(źródło Adam Kupczyk Stan aktualny i perspektywy wykorzystania biopaliw transportowych w Polsce na tle UE Cz. IV. Aktualne uwarunkowania i wykorzystanie biopaliw transportowych w Polsce. Biopaliwa II generacja Energetyka 2/2008 str 149-153)

Dyrektywa 2003/30/EC począwszy od roku 2004 nakłada obowiązek na wszystkie państwa członkowskie wspierania użycia w transporcie biopaliw lub innych paliw odnawialnych. W tabeli 2 przedstawiono wysokość Narodowych Celów Wskaźnikowych (NCW) oraz ich realizację.

Tabela 2 Wskaźnik wykorzystania biopaliw w Polsce na tle zaleceń Komisji Europejskiej (Dyrektywa 2003/30/EC) począwszy od roku 2004

Lata

Wartość energetycznego wskaźnika wykorzystania biopaliw transportowych, %

2004

0,29% (dane ostateczne)

2005

0,47% (dane ostateczne) – powinno być 2% wg Dyrektywy

2006

0,92% (dane ostateczne) – powinno być 2,75% wg Dyrektywy

2007

0,68% (dane ostatecznie) - powinno być 3,5% wg Dyrektywy

2008

3,45% (planowane) – powinno być 4,25% wg Dyrektywy

2009

4,60% (planowane) – powinno być 5,00% wg Dyrektywy

2010

5,75% (planowane) – powinno być 5,75% wg Dyrektywy

2011

6,20% (planowana)

2012

6,65% (planowane)

2013

7,10% (planowane)

Źródło: Raport za 2007 r. dla Komisji Europejskiej wynikający z art. 4(1) dyrektywy 2003/30/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 8 maja 2003 r. w sprawie wspierania użycia w transporcie biopaliw lub innych paliw odnawialnych.

Biogaz

Biogaz jest gazem fermentacyjnym powstającym w wyniku aktywności metanogennych bakterii beztlenowych, powodujących rozkład substancji organicznej. Głównym składnikiem biogazu jest metan CH4 i dwutlenek węgla CO2. Pozostałe składniki biogazu to: azot N2, oraz śladowe ilości siarkowodoru H2S oraz amoniaku NH3 (przy prawidłowej eksploatacji bioreaktora). Zawartość metanu w biogazie zawiera się w szerokich granicach od 42% do 85% (70-80% w przypadku gnojowicy trzody, 55-57% gnojowicy bydła, 60-80% pomiotu drobiu. Skład biogazu zależy od procesu technologicznego i zastosowanych substratów. Procentowy udział metanu w biogazie stanowi o wartości opałowej tego paliwa. Im większy jego udział, tym większa wartość kaloryczna biogazu. Biogaz o zawartości 65% metanu ma wartość kaloryczną 23 MJ/m3.

Biogaz może powstawać samorzutnie w procesach rozkładu substancji organicznej lub można produkować go celowo. Ze względu na rodzaj substratu wykorzystywanego do wytwarzania biogazu można wyróżnić:

  • źródła zwierzęce - gnojowica, obornik
  • źródła pochodzące z produkcji roślinnej – uprawy energetyczne, odpady zielone
  • źródła komunalne – odpady organiczne, osad ściekowy
  • źródła pochodzące z przemysłu spożywczego – odpad z mleczarni, browaru, cukrowni, rzeźni itp.

Biogaz o dużej zawartości metanu (powyżej 40%) może być wykorzystany do celów użytkowych, głównie do celów energetycznych lub w innych procesach technologicznych Typowe przykłady wykorzystania biogazu obejmują:

  • produkcję energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,
  • produkcję energii cieplnej w przystosowanych kotłach gazowych,
  • produkcję energii elektrycznej i cieplnej w jednostkach skojarzonych,
  • dostarczanie uzdatnionego biometanu do sieci gazowej,
  • wykorzystanie gazu jako paliwa do silników trakcyjnych/pojazdów,
  • wykorzystanie gazu w procesach technologicznych, np. w produkcji metanolu.

Cykl wytwarzania biogazu jest zintegrowanym systemem wykorzystania zasobów naturalnych, unieszkodliwiania odpadów organicznych, zawracania i dystrybucji składników nawozowych, produkcji energii odnawialnej, co przynosi korzyści zarówno energetyczne, środowiskowe jak i rolnicze:

  • Dzięki produkcji biogazu z odchodów zwierzęcych w biogazowniach rolniczych następuje eliminacja patogenów w procesie higienizacji, takich jak: bakterie Salmonelli, Escherichia Coli, tuberkulozy, wirusy pryszczycy
  • Osiąga się poprawę warunków nawożenia pól uprawnych w porównaniu z nie przefermentowaną gnojowicą,
  • Odpad pofermentacyjny wykorzystywany jest jako nawóz naturalny co redukuje potrzebę stosowania innych nieorganicznych nawozów ,
  • Poprawia się zdolność utrzymania równowagi humusu w glebie i niszczenia nasion chwastów, a tym samym zmniejsza się zużycie chemicznych środków ochrony roślin,
  • Redukuje się odory w ponad 80%. Proces fermentacji stabilizuje odpady organiczne (nie zagniwają i nie wywarzają nieprzyjemnych zapachów) co pozwala na ich łatwiejsze i dłuższe przechowywanie ,
  • Zmniejsza się ryzyko zanieczyszczenia wód gruntowych i powierzchniowych (spadek NO3, NO2, oraz czynników chorobotwórczych),
  • Redukuje się emisję gazów cieplarnianych, podtlenku azotu oraz metanu, który jest około 20 razy bardziej szkodliwy w porównaniu z dwutlenkiem węgla,
  • Zmniejsza się zużycie kopalnych surowców energetycznych oraz emisję związków powstających podczas ich spalania,
  • W porównaniu do innych źródeł energii odnawialnych takich jak energia wiatru i słońca wytwarzanie biogazu zachodzi w sposób ciągły i nie jest zależne od warunków pogodowych.

Zastosowanie instalacji wykorzystującej fermentację beztlenową nie powoduje eliminacji odpadów organicznych lecz poprawia proces zarządzania odpadami. Pomimo występowania pewnych kosztów związanych z planowaniem i zarządzaniem odpadami zastosowanie procesu fermentacji beztlenowej jest skuteczne i wydajne oraz sprzyjające środowisku. Biogazownia jak każda instalacja może potencjalnie wywoływać negatywny wpływ na środowisko. Jednakże dobrze zaprojektowana, właściwie prowadzona instalacja oraz odpowiednio zastosowana technologia dobrana indywidualnie do warunków minimalizuje środowiskowe jak i ekonomiczne implikacje. Reasumując, skutki środowiskowe uruchomienia biogazowni rolniczej są zdecydowanie korzystne.

Do pobrania

  • Pozyskiwanie i energetyczne wykorzystanie biogazu rolniczego - Część I - proces technologiczny
    (plik dostępny na stronie w zakładne DO POBRANIA) 
  • Pozyskiwanie i energetyczne wykorzystanie biogazu rolniczego - Część II - aspekty organizacyjne, prawne i ekonomiczne związane z wykorzystaniem  biogazu rolniczego
    (plik dostępny na stronie w zakładne DO POBRANIA) 
  • Pozyskiwanie i energetyczne wykorzystanie biogazu rolniczego - Część III - potencjał biogazu w województwie opolskim
    (plik dostępny na stronie w zakładne DO POBRANIA)
  • Ocena Strategii rozwoju energetyki odnawialnej oraz kierunki rozwoju energetycznego wykorzystania biomasy leśnej wraz z propozycją działań Warszawa, sierpień 2005 rok www.mos.gov.pl/oze/ekspertyzy/04_biomasa_lesna.pdf
  • Ocena strategii rozwoju energetyki odnawialnej oraz kierunki rozwoju energetycznego wykorzystania biomasy rolniczej wraz z propozycją działań Warszawa, sierpień 2005 www.mos.gov.pl/oze/ekspertyzy/04_biomasa_lesna.pdf
  • Efektywność energetyczna produkcji nośników energii z biomasy Michał Kaszak praca dyplomowa inżynierska http://150.254.22.125/cempel/Michal_Kaszak.pdf

Filmy