1
1
BIOMASA I METODY
BIOMASA I METODY
JEJ KONWERSJI NA
JEJ KONWERSJI NA
ENERGIĘ
ENERGIĘ
1
1
BIOMASA I METODY
BIOMASA I METODY
JEJ KONWERSJI NA
JEJ KONWERSJI NA
ENERGIĘ
ENERGIĘ
2
2
Potrzeby energetyczne
Potrzeby energetyczne
•
Ciepło do ogrzewania pomieszczeń
Ciepło do ogrzewania pomieszczeń
•
Ciepło na przygotowanie ciepłej
Ciepło na przygotowanie ciepłej
wody
wody
•
Ciepło do przygotowania posiłków
Ciepło do przygotowania posiłków
•
Chłód do klimatyzacji ( opcjonalnie!)
Chłód do klimatyzacji ( opcjonalnie!)
•
Energia elektryczna do zasilania
Energia elektryczna do zasilania
urządzeń domowych
urządzeń domowych
3
3
Stosowane współcześnie
Stosowane współcześnie
media
media
Ciepło do ogrzewania pomieszczeń i
Ciepło do ogrzewania pomieszczeń i
przygotowania ciepłej wody
przygotowania ciepłej wody
•
Węgiel kamienny
Węgiel kamienny
•
Gaz ziemny systemowy
Gaz ziemny systemowy
•
Olej opałowy
Olej opałowy
•
Gaz skroplony – np. LPG
Gaz skroplony – np. LPG
•
Energia elektryczna
Energia elektryczna
•
Ciepło sieciowe z systemów ciepłowniczych
Ciepło sieciowe z systemów ciepłowniczych
•
Drewno i inne postacie biomasy
Drewno i inne postacie biomasy
•
Inne odnawialne źródła energii
Inne odnawialne źródła energii
4
4
Stosowane współcześnie
Stosowane współcześnie
media
media
Ciepło do przygotowania posiłków
Ciepło do przygotowania posiłków
•
Paliwa kopalne
Paliwa kopalne
•
Gazy skroplone
Gazy skroplone
•
Energia elektryczna
Energia elektryczna
•
Drewno i inne postacie biomasy
Drewno i inne postacie biomasy
5
5
Stosowane współcześnie
Stosowane współcześnie
media
media
Chłód do klimatyzacji
Chłód do klimatyzacji
•
Energia elektryczna
Energia elektryczna
•
Ciepło odpadowe
Ciepło odpadowe
6
6
ZNANE ŹRÓDŁA
ZNANE ŹRÓDŁA
ENERGII
ENERGII
•
PALIWA KOPALNE
PALIWA KOPALNE
•
ODNAWIALNE ŹRÓDŁA
ODNAWIALNE ŹRÓDŁA
ENERGII
ENERGII
7
7
ODNAWIALNE ŹRÓDŁA
ODNAWIALNE ŹRÓDŁA
ENERGII
ENERGII
•
PROMIENIOWANIE
PROMIENIOWANIE
SŁONECZNE
SŁONECZNE
•
ENERGIA WIATRU
ENERGIA WIATRU
•
ENERGIA WÓD
ENERGIA WÓD
•
BIOMASA
BIOMASA
•
GEOTERMIA
GEOTERMIA
8
8
Biomasa
–
substancje pochodzenia
roślinnego lub zwierzęcego, które
ulegają biodegradacji, pochodzące z
produktów, odpadów i pozostałości z
produkcji rolnej oraz leśnej, a także
inne części odpadów, które ulegają
biodegradacji.
Biopaliwo
– biomasa, która została
przygotowana do wykorzystania w
celach energetycznych.
Przetwarzanie
biomasy
w
celach
energetycznych może odbywać się
metodami: fizycznymi, chemicznymi,
biochemicznymi.
DEFINICJE
DEFINICJE
9
9
Biomasa
w zależności od stopnia przetworzenia
surowce
energetyczne
pierwotne
drewno, słoma,
rośliny
energetyczne
surowce
energetyczne
wtórne
gnojowica, odpady
organiczne,
osady ściekowe
surowce
energetyczne
przetworzone
biogaz, bioetanol,
biometanol
10
10
Biomasa
Biomasa
w
w
zależności od
zależności od
kierunku
kierunku
po
po
chodzenia
chodzenia
biomasa
pochodzenia
leśnego
biomasa
pochodzenia
rolnego
odpady
organiczne
11
11
BIOPALIWA
BIOPALIWA
BIOPALIWA STAŁE
drewno opałowe:
zrębki, trociny, ścinki,
wióry, brykiety, pelety,
pozostałości z
rolnictwa: słoma zbóż,
rzepaku i traw osady
ściekowe odwodnione,
rośliny energetyczne
trawiaste i drzewiaste
inne, w tym
makulatura
BIOPALIWA
GAZOWE
biogaz rolniczy
(fermentacja
gnojowicy),
biogaz z fermentacji
odpadów
przetwórstwa
spożywczego,
biogaz z fermentacji
osadów ściekowych,
biogaz/ gaz
wysypiskowy gaz
drzewny
BIOPALIWA
CIEKŁE
biodiesel-paliwo
rzepakowe
etanol
metanol
paliwa płynne z
drewna:
benzyna, biooleje.
12
12
Potencjał energetyczny biopaliw w Polsce (wg EC BREC/IBMER) w PJ (1PJ=10
15
J)
13
13
Dlaczego biomasa?
Dlaczego biomasa?
•
potrzeba zapewnienia sobie bezpieczeństwa
potrzeba zapewnienia sobie bezpieczeństwa
energetycznego
energetycznego
•
wzrost cen paliw kopalnych i perspektywa ich
wzrost cen paliw kopalnych i perspektywa ich
wyczerpania (50-100 lat)
wyczerpania (50-100 lat)
•
ocieplenie klimatu i konieczność redukcji emisji
ocieplenie klimatu i konieczność redukcji emisji
CO
CO
2
2
(Protokół z Kioto)
(Protokół z Kioto)
•
zobowiązania międzynarodowe (do 2010 r. 7,5%
zobowiązania międzynarodowe (do 2010 r. 7,5%
energii z OZE)
energii z OZE)
14
14
Zgodnie z
Zgodnie z
Rozporządzeniem Ministra
Rozporządzeniem Ministra
Gospodarki (z
Gospodarki (z
dnia 19 grudnia 2005 r.
dnia 19 grudnia 2005 r.
w sprawie szczegółowego
w sprawie szczegółowego
zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do
zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do
umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty
umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty
zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła
zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i ciepła
wytworzonych w odnawialnych źródłach energii)
wytworzonych w odnawialnych źródłach energii)
,
,
masa
masa
biomasy dostarczanej do procesu spalania powinna
biomasy dostarczanej do procesu spalania powinna
wynosić nie mniej niż:
wynosić nie mniej niż:
•
1) 5 % - w 2008 r.;
1) 5 % - w 2008 r.;
•
2) 10 % - w 2009 r.;
2) 10 % - w 2009 r.;
•
3) 20 % - w 2010 r.;
3) 20 % - w 2010 r.;
•
4) 30 % - w 2011 r.;
4) 30 % - w 2011 r.;
•
5) 40 % - w 2012 r.;
5) 40 % - w 2012 r.;
•
6) 50 % - w 2013 r.;
6) 50 % - w 2013 r.;
•
7) 60 % - w 2014 r.
7) 60 % - w 2014 r.
Dlaczego
Dlaczego
biomasa?
biomasa?
15
15
Prognoza produkcji energii
odnawialnej
koniecznej dla spełnienia wymagań
Dyrektywy UE
0
5
10
15
20
25
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2015
2020
2025
rok
p
ro
d
u
k
c
ja
TWh
Elektrownie wodne - 8,0 TWh
Biopaliwa z lasów - 2,1 TWh
Uprawy energetyczne - 2,5 TWh
Elektrownie wiatrowe - 7,8 TWh
Wymagania Dyrektywy UE
2001/77/WE
Dlaczego
Dlaczego
biomasa?
biomasa?
16
16
Zalety stosowania biomasy
Zalety stosowania biomasy
jako paliwa
jako paliwa
•
Obniżenie emisji do powietrza
Obniżenie emisji do powietrza
•
Wykorzystanie lokalnych zasobów
Wykorzystanie lokalnych zasobów
•
Zmniejszenie ilości odpadów
Zmniejszenie ilości odpadów
•
Aktywizacja społeczności lokalnej
Aktywizacja społeczności lokalnej
•
Poprawa stanu
Poprawa stanu
środowiska
środowiska
17
17
Zestawienie cen różnego rodzaju paliw drzewnych w odniesieniu do węgla
[www.paliwadrzewne.pl]
18
18
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
m
3
miał
Wd=20GJ /t
ρ=0,9 kg/dm3
granulat mułowo
miałowy
[70/30%]
Wd=17,6GJ /t
ρ=0,9 kg/dm3
muł
Wd=10GJ /t
ρ=1,3 kg/dm3
słoma
Wd=15GJ /t
ρ=0,15 kg/dm3
biomasa
Wd=8,5GJ /t
ρ=0,28 kg/dm3
biomasa
Wd=12GJ /t ρ =
0,28 kg/dm3
pelety
Wd=18GJ /t
ρ=0,7 kg/dm3
Objętość paliwa potrzebna do wytworzenia 1MWh energii elektrycznej
19
19
Ceny ciepła dla gospodarstw domowych w maju 2007 r
20
20
Źródła biomasy
Źródła biomasy
energetycznej
energetycznej
•
Uprawy roślin wieloproduktowych
Uprawy roślin wieloproduktowych
•
Zagospodarowanie odpadów z
Zagospodarowanie odpadów z
pielęgnacji lasów, sadów, parków,
pielęgnacji lasów, sadów, parków,
ogrodów itp..
ogrodów itp..
•
Zagospodarowanie odpadów
Zagospodarowanie odpadów
technologicznych przemysłu
technologicznych przemysłu
drzewnego, przetwórczego, rolnictwa,
drzewnego, przetwórczego, rolnictwa,
hodowli, odpadów komunalnych itp..
hodowli, odpadów komunalnych itp..
21
21
Sposoby przygotowania
Sposoby przygotowania
biomasy
biomasy
•
Drewno kawałkowe – szczapy
Drewno kawałkowe – szczapy
•
Brykiety
Brykiety
•
Granulat drzewny - pelety
Granulat drzewny - pelety
•
Ziarno energetyczne
Ziarno energetyczne
•
Zrębki
Zrębki
•
Baloty słomy lub siana
Baloty słomy lub siana
•
Biogaz
Biogaz
•
Biopaliwa płynne
Biopaliwa płynne
22
22
Logistyka zaopatrzenia paliwo
POZYSKIWANIE
TRANSPORT
MAGAZYNOWANIE
(suszenie)
PROCES
KONWERSJI
23
23
Energię z biomasy można uzyskać w wyniku
Energię z biomasy można uzyskać w wyniku
następujących procesów:
następujących procesów:
•
spalania bezpośredniego,
spalania bezpośredniego,
•
pirolizy,
pirolizy,
•
zagęszczania (granulowanie, brykietowanie),
zagęszczania (granulowanie, brykietowanie),
•
gazyfikacji,
gazyfikacji,
•
fermentacji alkoholowej,
fermentacji alkoholowej,
•
syntezy metanolu,
syntezy metanolu,
•
wykorzystania olejów roślinnych i ich pochodnych jako
wykorzystania olejów roślinnych i ich pochodnych jako
paliwa.
paliwa.
W praktyce stosowane jest również:
W praktyce stosowane jest również:
•
współspalanie węgla z biomasą,
współspalanie węgla z biomasą,
•
kogeneracja (skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i
kogeneracja (skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i
elektrycznej).
elektrycznej).
Sposoby konwersji biomasy
Sposoby konwersji biomasy
24
24
Sposoby konwersji biomasy
25
25
Spalanie bezpośrednie biomasy
Spalanie bezpośrednie biomasy
Spalanie biomasy
Spalanie biomasy
jest najstarszym i najbardziej prostym
jest najstarszym i najbardziej prostym
sposobem wykorzystywania energii w niej zawartej, często
sposobem wykorzystywania energii w niej zawartej, często
także uważanym za sposób najbardziej ekonomiczny. Bardzo
także uważanym za sposób najbardziej ekonomiczny. Bardzo
duże zróżnicowanie biomasy pod względem budowy chemicznej
duże zróżnicowanie biomasy pod względem budowy chemicznej
i cech fizycznych (wahania i niestabilność wilgotności, ilości
i cech fizycznych (wahania i niestabilność wilgotności, ilości
popiołu, zawartości części lotnych
popiołu, zawartości części lotnych
)
)
niejednokrotnie powoduje
niejednokrotnie powoduje
trudności w przebiegu spalania biomasy jak i ograniczeniu
trudności w przebiegu spalania biomasy jak i ograniczeniu
emisji składników będących ubocznymi produktami procesów.
emisji składników będących ubocznymi produktami procesów.
Zbyt duża wilgotność paliw z biomasy nie tylko zmniejsza ilość
Zbyt duża wilgotność paliw z biomasy nie tylko zmniejsza ilość
uzyskiwanego ciepła podczas spalania, ale także niekorzystnie
uzyskiwanego ciepła podczas spalania, ale także niekorzystnie
wpływa na przebieg procesu spalania (spalanie niecałkowite,
wpływa na przebieg procesu spalania (spalanie niecałkowite,
zwiększona emisja zanieczyszczeń w spalinach).
zwiększona emisja zanieczyszczeń w spalinach).
Spalanie biomasy w tradycyjnych kotłach c.o. wymaga
Spalanie biomasy w tradycyjnych kotłach c.o. wymaga
zmniejszenia jej wilgotności poniżej 15%.
zmniejszenia jej wilgotności poniżej 15%.
Podczas spalania czystej biomasy powstają małe ilości popiołu
Podczas spalania czystej biomasy powstają małe ilości popiołu
(0,5–12,5%), który nie zawiera szkodliwych substancji i może
(0,5–12,5%), który nie zawiera szkodliwych substancji i może
być wykorzystany jako nawóz mineralny. Wyższe zawartości
być wykorzystany jako nawóz mineralny. Wyższe zawartości
popiołu świadczą o zanieczyszczeniu surowca.
popiołu świadczą o zanieczyszczeniu surowca.
W procesie spalania generuje się aż 90 % energii,
W procesie spalania generuje się aż 90 % energii,
otrzymywanej na świecie z biomasy, przy czym spalana może
otrzymywanej na świecie z biomasy, przy czym spalana może
być biomasa we wszystkich stanach skupienia.
być biomasa we wszystkich stanach skupienia.
26
26
Możliwości spalania poszczególnych rodzajów
Możliwości spalania poszczególnych rodzajów
bioamasy
bioamasy
•
Tradycyjne i specjalnie konstruowane kotły, piece
Tradycyjne i specjalnie konstruowane kotły, piece
i kominki –
i kominki –
drewno , brykiety
drewno , brykiety
•
Współczesne kotły z pełną automatyką –
Współczesne kotły z pełną automatyką –
granulat
granulat
drzewny (pelety), ziarno energetyczne, zrębki,
drzewny (pelety), ziarno energetyczne, zrębki,
brykiety
brykiety
•
Kotły średniej i dużej mocy –
Kotły średniej i dużej mocy –
zrębki, słoma
zrębki, słoma
•
Kotły specjalnie projektowane –
Kotły specjalnie projektowane –
baloty słomy lub
baloty słomy lub
siana
siana
•
Kotły i agregaty kogeneracyjne –
Kotły i agregaty kogeneracyjne –
biogaz i
biogaz i
biopaliwa
biopaliwa
płynne
płynne
27
27
Piroliza
Piroliza
Piroliza
Piroliza
jest procesem termochemicznym przemiany biomasy w
jest procesem termochemicznym przemiany biomasy w
ciecz tzw. bioolej lub olej pirolityczny, poprzez ogrzanie biomasy
ciecz tzw. bioolej lub olej pirolityczny, poprzez ogrzanie biomasy
do temperatury 200-600°C przy bardzo małym dostępnie tlenu.
do temperatury 200-600°C przy bardzo małym dostępnie tlenu.
Produkty powstające w procesie szybkiej pyrolizy:
Produkty powstające w procesie szybkiej pyrolizy:
•
produkt ciekły – olej pyrolityczny (75%)
produkt ciekły – olej pyrolityczny (75%)
•
produkt stały – węgiel drzewny (12%)
produkt stały – węgiel drzewny (12%)
•
mieszanina gazów palnych (13%).
mieszanina gazów palnych (13%).
W
dopuszczalnym
zakresie
możliwa
jest
elastyczność
W
dopuszczalnym
zakresie
możliwa
jest
elastyczność
prowadzenia
procesu.
Poprzez
sterowanie
parametrami
prowadzenia
procesu.
Poprzez
sterowanie
parametrami
procesowymi lub zastosowanie odpowiedniego typu katalizatora,
procesowymi lub zastosowanie odpowiedniego typu katalizatora,
w zależności od doraźnych potrzeb ekonomicznych na rynku
w zależności od doraźnych potrzeb ekonomicznych na rynku
paliwowo-energetycznym, wpływać można na wydajność i
paliwowo-energetycznym, wpływać można na wydajność i
selektywność złożonego układu reakcji chemicznych.
selektywność złożonego układu reakcji chemicznych.
Jeśli celem pirolizy biomasy jest np. uzyskanie możliwie
Jeśli celem pirolizy biomasy jest np. uzyskanie możliwie
najwyższej wydajności produktów ciekłych, wymagane są:
najwyższej wydajności produktów ciekłych, wymagane są:
umiarkowana temperatura, duża szybkość grzania i krótszy czas
umiarkowana temperatura, duża szybkość grzania i krótszy czas
przebywania uwalnianych gazów. Zwiększenie wydajności
przebywania uwalnianych gazów. Zwiększenie wydajności
procesowej w kierunku produkcji węgla drzewnego osiągane jest
procesowej w kierunku produkcji węgla drzewnego osiągane jest
poprzez zastosowanie niższej temperatury i małej szybkości
poprzez zastosowanie niższej temperatury i małej szybkości
grzania. Wydajność produktów gazowych można zwiększyć
grzania. Wydajność produktów gazowych można zwiększyć
poprzez zastosowanie wysokiej temperatury, małej szybkości
poprzez zastosowanie wysokiej temperatury, małej szybkości
grzania i zwiększenie średniego czasu przebywania gazów
grzania i zwiększenie średniego czasu przebywania gazów
28
28
Metoda unieszkodliwiania odpadów (biomasy) w wysokotemperaturowym
Metoda unieszkodliwiania odpadów (biomasy) w wysokotemperaturowym
reaktorze pirolitycznym wyróżnia się zaletami
reaktorze pirolitycznym wyróżnia się zaletami
:
:
•
uniwersalnością, tzn. możliwością utylizacji różnego rodzaju odpadów
uniwersalnością, tzn. możliwością utylizacji różnego rodzaju odpadów
(w tym zmieszanych),
(w tym zmieszanych),
•
brakiem powstawania popiołów, pyłów czy emisji spalin (dwutlenek
brakiem powstawania popiołów, pyłów czy emisji spalin (dwutlenek
węgla, związki azotu, sadza, dioksyny itd.) w wyniku procesu HTSV,
węgla, związki azotu, sadza, dioksyny itd.) w wyniku procesu HTSV,
•
znacznie niższymi kosztami utylizacji w porównaniu do innych
znacznie niższymi kosztami utylizacji w porównaniu do innych
technologii spalania,
technologii spalania,
•
od pięciu do dwudziestu razy niższą podażą wsadu niż w
od pięciu do dwudziestu razy niższą podażą wsadu niż w
konwencjonalnych spalarniach,
konwencjonalnych spalarniach,
•
neutralnymi dla środowiska końcowymi produktami utylizacji,
neutralnymi dla środowiska końcowymi produktami utylizacji,
•
optymalnym wykorzystaniem energii,
optymalnym wykorzystaniem energii,
•
usuwaniem substancji szkodliwych już w trakcie procesu,
usuwaniem substancji szkodliwych już w trakcie procesu,
•
możliwością tworzenia mniejszych zakładów utylizacji.
możliwością tworzenia mniejszych zakładów utylizacji.
W procesie pirolizy jako materiał wsadowy kwalifikują się wszelkie
W procesie pirolizy jako materiał wsadowy kwalifikują się wszelkie
odpady, w tym surowce pochodzenia roślinnego (biomasa).
odpady, w tym surowce pochodzenia roślinnego (biomasa).
W zależności od przetwarzanego materiału wsadowego uzyskuje się
W zależności od przetwarzanego materiału wsadowego uzyskuje się
różne produkty. Mogą to być wysokoenergetyczny gaz opałowy (o
różne produkty. Mogą to być wysokoenergetyczny gaz opałowy (o
jakości uzyskiwanej w procesach syntezy) i nierozpuszczalny
jakości uzyskiwanej w procesach syntezy) i nierozpuszczalny
granulat lub krystality w blokach, które doskonale nadają się do
granulat lub krystality w blokach, które doskonale nadają się do
dalszego przerobu na materiały izolacyjne, np. wełnę mineralną, lub
dalszego przerobu na materiały izolacyjne, np. wełnę mineralną, lub
do produkcji materiałów budowlanych, ze względu na minimalną
do produkcji materiałów budowlanych, ze względu na minimalną
zawartość metali ciężkich.
zawartość metali ciężkich.
29
29
Gazyfikacja
Gazyfikacja
Gazyfikacja
Gazyfikacja
jest formą pirolizy przeprowadzanej
jest formą pirolizy przeprowadzanej
w
w
stosunkowo wysokiej temperaturze (1200 do 1400
stosunkowo wysokiej temperaturze (1200 do 1400
o
o
C)
C)
w warunkach ograniczonego dostępu powietrza
w warunkach ograniczonego dostępu powietrza
bądź tlenu,
bądź tlenu,
w celu optymalizacji wydajności
w celu optymalizacji wydajności
otrzymywanych składników gazowych – CO, H
otrzymywanych składników gazowych – CO, H
2
2
, CH
, CH
4
4
,
,
CO2 i N
CO2 i N
2
2
.
.
Jest
najnowocześniejszą
i
najefektywniejszą
Jest
najnowocześniejszą
i
najefektywniejszą
generacją procesów konwersji energii biomasy.
generacją procesów konwersji energii biomasy.
Otrzymuje się stosunkowo małe ilości pozostałości
Otrzymuje się stosunkowo małe ilości pozostałości
stałych (węgiel drzewny) i popiołu.
stałych (węgiel drzewny) i popiołu.
30
30
Proces
gazyfikacji
paliw
stałych
przebiega
Proces
gazyfikacji
paliw
stałych
przebiega
dwustopniowo:
dwustopniowo:
•
w pierwszej komorze w warunkach niedoboru
w pierwszej komorze w warunkach niedoboru
powietrza oraz stosunkowo niskiej temperaturze
powietrza oraz stosunkowo niskiej temperaturze
(450-800
(450-800
o
o
C) paliwo zostaje odgazowane, w wyniku
C) paliwo zostaje odgazowane, w wyniku
czego
powstaje
gaz
palny
oraz
mineralna
czego
powstaje
gaz
palny
oraz
mineralna
pozostałość (węgiel drzewny),
pozostałość (węgiel drzewny),
•
w
drugim
etapie
w
komorze
dopalania
w
w
drugim
etapie
w
komorze
dopalania
w
temperaturze około 1000-1200
temperaturze około 1000-1200
o
o
C i w obecności
C i w obecności
nadmiaru tlenu następuje spalenie powstałego gazu.
nadmiaru tlenu następuje spalenie powstałego gazu.
Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka
Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka
efektywność: podczas gdy małe i średnie urządzenia
efektywność: podczas gdy małe i średnie urządzenia
wykorzystywane do spalania osiągają efektywność
wykorzystywane do spalania osiągają efektywność
rzędu 15-20%, efektywność urządzeń służących do
rzędu 15-20%, efektywność urządzeń służących do
gazyfikacji już teraz wynosi około 35%, a w
gazyfikacji już teraz wynosi około 35%, a w
niedalekiej przyszłości sięgnie 45-50%.
niedalekiej przyszłości sięgnie 45-50%.
31
31
Procesy biochemiczne
Procesy biochemiczne
Niektóre formy biomasy zawierają zbyt dużo wody, by można było
Niektóre formy biomasy zawierają zbyt dużo wody, by można było
skutecznie poddawać je spalaniu. Ich wykorzystanie na cele
skutecznie poddawać je spalaniu. Ich wykorzystanie na cele
energetyczne jest jednak możliwe dzięki procesom biochemicznym,
energetyczne jest jednak możliwe dzięki procesom biochemicznym,
na przykład fermentacji.
na przykład fermentacji.
Fermentacja alkoholowa
Fermentacja alkoholowa
to proces rozkładu węglowodanów,
to proces rozkładu węglowodanów,
zachodzący po dodaniu drożdży do takich surowców, jak zboże,
zachodzący po dodaniu drożdży do takich surowców, jak zboże,
pszenica, winogrona czy buraki cukrowe i zapewnieniu temu
pszenica, winogrona czy buraki cukrowe i zapewnieniu temu
materiałowi warunków beztlenowych. Produktem tego rodzaju
materiałowi warunków beztlenowych. Produktem tego rodzaju
fermentacji jest alkohol. W procesie fermentacji alkoholowej
fermentacji jest alkohol. W procesie fermentacji alkoholowej
powstaje najpopularniejsze biopaliwo płynne – bioetanol, stanowiący
powstaje najpopularniejsze biopaliwo płynne – bioetanol, stanowiący
90%
wszystkich
stosowanych
biopaliw
ciekłych.
Bioetanol
90%
wszystkich
stosowanych
biopaliw
ciekłych.
Bioetanol
wykorzystuje się najczęściej w charakterze domieszki do benzyny,
wykorzystuje się najczęściej w charakterze domieszki do benzyny,
stanowiącej od 5 do 10% paliwa, jest on jednak stosowany również
stanowiącej od 5 do 10% paliwa, jest on jednak stosowany również
jako samodzielne paliwo.
jako samodzielne paliwo.
Innym procesem biochemicznym wykorzystywanym do produkcji
Innym procesem biochemicznym wykorzystywanym do produkcji
biopaliw płynnych jest
biopaliw płynnych jest
estryfikacja oleju.
estryfikacja oleju.
Polega ona na przemianie
Polega ona na przemianie
oleju zawierającego metanol (rzepakowego, sojowego, gorczycowego
oleju zawierającego metanol (rzepakowego, sojowego, gorczycowego
itp.) w estry metylowe. Tak powstaje biodiesel, biopaliwo płynne,
itp.) w estry metylowe. Tak powstaje biodiesel, biopaliwo płynne,
które podobnie jak etanol może być wykorzystywane bądź
które podobnie jak etanol może być wykorzystywane bądź
samodzielnie, bądź też w charakterze dodatku do paliw tradycyjnych
samodzielnie, bądź też w charakterze dodatku do paliw tradycyjnych
(stanowi wtedy 5-25% mieszanki). Biodiesel to biopaliwo płynne,
(stanowi wtedy 5-25% mieszanki). Biodiesel to biopaliwo płynne,
którego sprzedaż wzrasta obecnie najszybciej.
którego sprzedaż wzrasta obecnie najszybciej.
32
32
Fermentacja metanowa
Fermentacja metanowa
Fermentacja metanowa to następujący przy ograniczonym dostępie tlenu
Fermentacja metanowa to następujący przy ograniczonym dostępie tlenu
proces rozkładu wielkocząsteczkowych substancji organicznych (głównie
proces rozkładu wielkocząsteczkowych substancji organicznych (głównie
węglowodanów, białka, tłuszczów i ich pochodnych) do alkoholi lub
węglowodanów, białka, tłuszczów i ich pochodnych) do alkoholi lub
niższych kwasów organicznych, a także metanu, dwutlenku węgla i wody.
niższych kwasów organicznych, a także metanu, dwutlenku węgla i wody.
Wyróżniamy następujące fazy fermentacji metanowej:
Wyróżniamy następujące fazy fermentacji metanowej:
hydroliza enzymatyczna, w wyniku której z białek powstają aminokwasy, z
hydroliza enzymatyczna, w wyniku której z białek powstają aminokwasy, z
tłuszczów – kwasy tłuszczowe i glicerol, a z polisacharydów –
tłuszczów – kwasy tłuszczowe i glicerol, a z polisacharydów –
monosacharydy,
monosacharydy,
acidogeneza, czyli fermentacja kwaśna, polegająca na metabolizowaniu
acidogeneza, czyli fermentacja kwaśna, polegająca na metabolizowaniu
produktów hydrolizy do lotnych kwasów tłuszczowych, etanolu i
produktów hydrolizy do lotnych kwasów tłuszczowych, etanolu i
produktów gazowych,
produktów gazowych,
octanogeneza, w czasie której lotne kwasy tłuszczowe są rozkładane do
octanogeneza, w czasie której lotne kwasy tłuszczowe są rozkładane do
kwasu octowego, dwutlenku wegla i wodoru oraz końcowa
kwasu octowego, dwutlenku wegla i wodoru oraz końcowa
metanogeneza, w wyniku której z kwasu octowego otrzymujemy metan i
metanogeneza, w wyniku której z kwasu octowego otrzymujemy metan i
dwutlenek węgla.
dwutlenek węgla.
Produktem finalnym fermentacji metanowej jest biogaz – mieszanina
Produktem finalnym fermentacji metanowej jest biogaz – mieszanina
gazów, składająca się głównie z metanu i dwutlenku węgla, a także z
gazów, składająca się głównie z metanu i dwutlenku węgla, a także z
niewielkich ilości (ok. 1%) siarkowodoru, amoniaku, azotu, tlenku węgla,
niewielkich ilości (ok. 1%) siarkowodoru, amoniaku, azotu, tlenku węgla,
tlenu, wodoru i tioli. Produkty w stanie stałym to trudnorozkładalne bądź
tlenu, wodoru i tioli. Produkty w stanie stałym to trudnorozkładalne bądź
nierozkładalne osady oraz biomasa bakteryjna. Do celów energetycznych
nierozkładalne osady oraz biomasa bakteryjna. Do celów energetycznych
wykorzystywana jest fermentacja takich substancji organicznych, jak
wykorzystywana jest fermentacja takich substancji organicznych, jak
odchody
zwierzęce, odpady
przetwórstwa
spożywczego,
odpady
odchody
zwierzęce,
odpady
przetwórstwa
spożywczego,
odpady
komunalne na wysypiskach i osady, wytrącone w oczyszczalniach ścieków.
komunalne na wysypiskach i osady, wytrącone w oczyszczalniach ścieków.
33
33
KOGENERACJA
KOGENERACJA
Kogeneracja, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i
Kogeneracja, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i
elektrycznej, powoduje mniejsze zużycie paliwa i mniejszą emisję
elektrycznej, powoduje mniejsze zużycie paliwa i mniejszą emisję
substancji szkodliwych niż proces oddzielnej produkcji elektryczności i
substancji szkodliwych niż proces oddzielnej produkcji elektryczności i
ciepła. W układach skojarzonych wskaźnik wykorzystania energii
ciepła. W układach skojarzonych wskaźnik wykorzystania energii
chemicznej paliwa wynosi aż 80-90%, co jest możliwe dzięki
chemicznej paliwa wynosi aż 80-90%, co jest możliwe dzięki
odzyskiwaniu wysokiej jakości ciepła ze spalin. Kogeneracja jest więc
odzyskiwaniu wysokiej jakości ciepła ze spalin. Kogeneracja jest więc
korzystna zarówno ze względów termodynamicznych, jak i z
korzystna zarówno ze względów termodynamicznych, jak i z
ekonomicznego czy ekologicznego punktu widzenia.
ekonomicznego czy ekologicznego punktu widzenia.
Produkcję energii w skojarzeniu można stosować wszędzie tam, gdzie
Produkcję energii w skojarzeniu można stosować wszędzie tam, gdzie
równocześnie występuje zapotrzebowanie na energię cieplną i
równocześnie występuje zapotrzebowanie na energię cieplną i
elektryczną. Rodzaj zastosowanej technologii zależy przy tym od
elektryczną. Rodzaj zastosowanej technologii zależy przy tym od
rodzaju wybranego paliwa: na przykład dla systemów, które w
rodzaju wybranego paliwa: na przykład dla systemów, które w
charakterze paliwa wykorzystują słomę, najodpowiedniejsza jest
charakterze paliwa wykorzystują słomę, najodpowiedniejsza jest
elektrociepłownia z turbiną parową, bądź też – przy mniejszych
elektrociepłownia z turbiną parową, bądź też – przy mniejszych
wartościach mocy elektrycznej – z silnikiem parowym. Podstawowe
wartościach mocy elektrycznej – z silnikiem parowym. Podstawowe
elementy układu, opartego na słomie to kocioł parowy z
elementy układu, opartego na słomie to kocioł parowy z
podgrzewaczem pary, turbina parowa i generator energii elektrycznej.
podgrzewaczem pary, turbina parowa i generator energii elektrycznej.
Rozdrobnione w systemie obróbki wstępnej paliwo podawane jest
Rozdrobnione w systemie obróbki wstępnej paliwo podawane jest
najpierw do śluzy ogniowej, a następnie podajnikiem ślimakowym na
najpierw do śluzy ogniowej, a następnie podajnikiem ślimakowym na
ruszt schodkowy, gdzie następuje spalanie. Para, która podczas
ruszt schodkowy, gdzie następuje spalanie. Para, która podczas
spalania powstaje w kotle, jest dostarczana do turbiny parowej.
spalania powstaje w kotle, jest dostarczana do turbiny parowej.
Ostatni element systemu skojarzonego to podłączony do sieci
Ostatni element systemu skojarzonego to podłączony do sieci
przemysłowej generator.
przemysłowej generator.
34
34
Współspalanie
Współspalanie
Spalanie lub współspalanie biomasy jest atrakcyjne ze
Spalanie lub współspalanie biomasy jest atrakcyjne ze
względu na relatywnie niskie koszty produkcji energii cieplnej
względu na relatywnie niskie koszty produkcji energii cieplnej
czy elektrycznej oraz niewielką emisję w porównaniu z innymi
czy elektrycznej oraz niewielką emisję w porównaniu z innymi
konwencjonalnymi źródłami energii.
konwencjonalnymi źródłami energii.
Współspalanie
Współspalanie
węgla z biomasą jest również popierane
węgla z biomasą jest również popierane
przez obecny stan prawny w Polsce (Rozporządzenie w
przez obecny stan prawny w Polsce (Rozporządzenie w
sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii
sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii
elektrycznej i ciepła z odnawialnych źródeł energii oraz energii
elektrycznej i ciepła z odnawialnych źródeł energii oraz energii
elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem
elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem
ciepła z 30 maja 2003) ze względu na niskie emisje tlenków
ciepła z 30 maja 2003) ze względu na niskie emisje tlenków
siarki, tlenków azotu, pyłów i popiołów. Rozporządzenie to
siarki, tlenków azotu, pyłów i popiołów. Rozporządzenie to
określa rodzaje, parametry techniczne i technologiczne źródeł
określa rodzaje, parametry techniczne i technologiczne źródeł
odnawialnych wytwarzających energię elektryczną lub ciepło;
odnawialnych wytwarzających energię elektryczną lub ciepło;
w tym możliwości wydzielenia energii elektrycznej lub ciepła
w tym możliwości wydzielenia energii elektrycznej lub ciepła
jako energii z odnawialnych źródeł przy współspalaniu,
jako energii z odnawialnych źródeł przy współspalaniu,
dodatku biomasy do węgla.
dodatku biomasy do węgla.
35
35
Zagęszczanie biomasy
Zagęszczanie biomasy
Stosowane w przemyśle technologie przetwarzania
Stosowane w przemyśle technologie przetwarzania
rozdrobnionych
materiałów
pochodzenia
rozdrobnionych
materiałów
pochodzenia
roślinnego, poprzez ich scalanie w procesie
roślinnego, poprzez ich scalanie w procesie
ciśnieniowej aglomeracji, są zróżnicowane ze
ciśnieniowej aglomeracji, są zróżnicowane ze
względu na przeznaczenie wytworzonego produktu.
względu na przeznaczenie wytworzonego produktu.
Najczęściej spotykanym, w praktyce przemysłowej,
Najczęściej spotykanym, w praktyce przemysłowej,
rodzajem
ciśnieniowej
aglomeracji
jest
rodzajem
ciśnieniowej
aglomeracji
jest
granulowanie i brykietowanie.
granulowanie i brykietowanie.
Granulowanie
jest
jedną
z
form
procesu
Granulowanie
jest
jedną
z
form
procesu
ciśnieniowej aglomeracji, realizowanego za pomocą
ciśnieniowej aglomeracji, realizowanego za pomocą
specjalnych maszyn, w których rozdrobniony
specjalnych maszyn, w których rozdrobniony
materiał roślinny pod działaniem sił zewnętrznych i
materiał roślinny pod działaniem sił zewnętrznych i
wewnętrznych ulega zagęszczeniu a otrzymany
wewnętrznych ulega zagęszczeniu a otrzymany
produkt (granulat, brykiet) otrzymuje określoną,
produkt (granulat, brykiet) otrzymuje określoną,
stałą postać geometryczną.
stałą postać geometryczną.
36
36
Granulat
Granulat
według BN-78/1135-04 (dotyczy
według BN-78/1135-04 (dotyczy
pasz
przemysłowych),
to
walec
lub
pasz
przemysłowych),
to
walec
lub
prostopadłościan o średnicy lub boku
prostopadłościan o średnicy lub boku
podstawy do 15 mm.
podstawy do 15 mm.
Procesem
bliźniaczym
do
procesu
Procesem
bliźniaczym
do
procesu
granulowania jest proces brykietowania, a
granulowania jest proces brykietowania, a
produkt tego procesu –
produkt tego procesu –
brykiet
brykiet
(rys. 3a) -
(rys. 3a) -
różni od granulatu się tylko wymiarami
różni od granulatu się tylko wymiarami
(brykiet wg BN-78/1135-04 to walec lub
(brykiet wg BN-78/1135-04 to walec lub
prostopadłościan o średnicy lub boku
prostopadłościan o średnicy lub boku
podstawy 15-30 mm lub 60-120 mm).
podstawy 15-30 mm lub 60-120 mm).
Brykiety
opałowe,
w
zależności
od
Brykiety
opałowe,
w
zależności
od
technologii wytwarzania przyjmują kształt:
technologii wytwarzania przyjmują kształt:
walca o średnicy od 30 do 100 mm o
walca o średnicy od 30 do 100 mm o
długości
przypadkowej
do
300
mm
długości
przypadkowej
do
300
mm
(brykieciarki stemplowe mechaniczne), lub
(brykieciarki stemplowe mechaniczne), lub
regularnej
(brykieciarki
stemplowe
regularnej
(brykieciarki
stemplowe
hydrauliczne),
hydrauliczne),
prostopadłościanu o czterech, sześciu i
prostopadłościanu o czterech, sześciu i
ośmiu bokach czasem z otworem w środku
ośmiu bokach czasem z otworem w środku
(brykieciarki ślimakowe lub hydrauliczne),
(brykieciarki ślimakowe lub hydrauliczne),
bryły o różnorodnych obłych kształtach
bryły o różnorodnych obłych kształtach
przypominających
powiększone
pastylki
przypominających
powiększone
pastylki
(prasy walcowe i pierścieniowe).
(prasy walcowe i pierścieniowe).
37
37
a)
b)
c)
Schemat układów roboczych granulująco-brykietujących: a) z zamkniętą komorą
zagęszczania: 1-mimośród, 2-tłok, 3-ślimak podający materiał, 4-komora zagęszczania,5-
zamknięcie komory, b) z otwartą komorą zagęszczania: 1-tłok, 2-korbowód, 3-komora zagęszczania,
4-brykiety, 5-grzałki, 6-ślimak podający materiał, 7-materiał, c) ze ślimakowym układem
roboczym, 1-ślimak zagęszczający, 2-matryca, 3-trzpień stożkowy, d) układ roboczy „płaska
matryca-rolki zagęszczające”: 1-rolka zagęszczająca, 2-materiał, 3-matryca, 4-
aglomerat, e) układ roboczy „pierścieniowa matryca-rolki zagęszczające”
a
)
b
)
c)
38
38
Za wykorzystaniem pelet jako paliwa przemawia wiele
Za wykorzystaniem pelet jako paliwa przemawia wiele
argumentów praktycznych i środowiskowych [Seredyński 2003]:
argumentów praktycznych i środowiskowych [Seredyński 2003]:
•
zapewnienie obiegu w przyrodzie tzw. „węgla neutralnego”,
zapewnienie obiegu w przyrodzie tzw. „węgla neutralnego”,
który uczestnicząc w procesach życiowych,
który uczestnicząc w procesach życiowych,
•
zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych,
zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych,
•
ograniczenie uzależnienie energetyki od paliw kopalnych takich
ograniczenie uzależnienie energetyki od paliw kopalnych takich
jak gaz ziemny, węgiel i ropa naftowa,
jak gaz ziemny, węgiel i ropa naftowa,
•
ograniczenie częstotliwości czyszczenia urządzeń spalających,
ograniczenie częstotliwości czyszczenia urządzeń spalających,
•
brak pyłów i gazów wywołujących alergię w spalinach ,
brak pyłów i gazów wywołujących alergię w spalinach ,
•
łatwość i wygoda użycia pelet jako paliwa,
łatwość i wygoda użycia pelet jako paliwa,
•
łatwość przechowywania i ograniczenie powierzchni
łatwość przechowywania i ograniczenie powierzchni
przechowywania,
przechowywania,
•
dobra dostępność surowca do ich produkcji,
dobra dostępność surowca do ich produkcji,
•
brak odpadów niepożądanych dla środowiska powstających w
brak odpadów niepożądanych dla środowiska powstających w
trakcie produkcji,
trakcie produkcji,
•
obniżenie kosztów w przemyśle drzewnym poprzez bardzo
obniżenie kosztów w przemyśle drzewnym poprzez bardzo
efektywne zagospodarowanie odpadów,
efektywne zagospodarowanie odpadów,
•
możliwość automatyzacji zadawania paliwa do pieca (zadanie
możliwość automatyzacji zadawania paliwa do pieca (zadanie
użytkownika ogranicza się jedynie do napełnienie co kilka,
użytkownika ogranicza się jedynie do napełnienie co kilka,
kilkadziesiąt dni zasobnika z paliwem),
kilkadziesiąt dni zasobnika z paliwem),
•
niewrażliwość cen paliwa w postaci pelet od aktualnej sytuacji
niewrażliwość cen paliwa w postaci pelet od aktualnej sytuacji
politycznej (ceny peletu nie podlegają silnym wahaniom, jak
politycznej (ceny peletu nie podlegają silnym wahaniom, jak
ceny ropy czy gazu).
ceny ropy czy gazu).