Biomasa - Młodzież

Historia wykorzystania biomasy

Biomasa to rośliny i inny materiał organiczny, który można wykorzystać energetycznie, czyli np. spalić w piecu i ogrzać dom. Wykorzystanie biomasy do celów energetycznych nie jest nowością. Człowiek wykorzystywał biomasę od zarania dziejów, nie mając nawet świadomości co to jest biomasa, i czy są inne źródła energii.


W czasach prehistorycznych ludzie nie potrafili rozniecać ognia, więc jego źródłem były pioruny. Ogień zdobyty z płonącego lasu, był podtrzymywany i dawał ciepło naszym pradawnym przodkom. Człowiek szybko sam nauczył się rozniecać ogień, a spalanie drewna stało się jedynym źródłem ciepła oraz przygotowywania posiłków. Dzięki ogniskom ludzie nie czuli niebezpieczeństwa przed dziką zwierzyną w nocy.
Przez milion lat drewno było najważniejszym materiałem energetycznym. Drzewa były wycinane tak intensywnie, że do dziś wiele państw boryka się z brakiem drzew i lasów, np. Islandia, Irlandia.

Dopiero w XVIII wieku nastąpiła rewolucja przemysłowa i rozpoczęto wydobycie węgla kamiennego, a spalanie drewna zeszło na dalszy plan. Rozwój przemysłu wiązał się z wykorzystaniem paliw kopalnych, węgla, ropy naftowej. Powtórne zainteresowanie biomasą nastąpiło kilkadziesiąt lat temu. Nastąpił kryzys, wzrosły ceny paliw, ich dostawa była niepewna. Więc ludzie  na nowo zaczęli doceniać drewno. Poza tym, w tym czasie człowiek zorientował się, że intensywny przemysł, wielkie fabryki, elektrownie, samochody produkują dużo zanieczyszczeń powietrza.

Obieg węgla w przyrodzie

Biomasa to przede wszystkim rośliny, a więc powstaje w procesie fotosyntezy. Aby reakcja przebiegła niezbędne jest światło słoneczne. Słońce jest motorem, który napędza wszystkie procesy w przyrodzie.  Z gleby rośliny pobierają wodę wraz z solami mineralnymi. Z atmosfery pobierają dwutlenek węgla, a oddają tlen. Dwutlenek węgla pochodzi ze spalania, ale także z rozkładu substancji organicznej. Węgiel jest pierwiastkiem, który stale krąży w przyrodzie.
Energia słoneczna początkowo gromadzi się w biomasie (w postaci energii wiązań chemicznych) Energia zakumulowana jest w roślinach, a następnie zgodnie z łańcuchem pokarmowym, także w organizmach zwierzęcych i ich odchodach.
A więc biomasa to wszelkie odpady np. przemysłu rolniczego i leśnego, które podlegają rozkładowi biologicznemu. Biomasą są również substancje zwierzęce.


Zasoby biomasy
Każdy rodzaj biomasy posiada odmienne właściwości, co powoduje, ze musi być wykorzystany w inny sposób (np. bulwy ziemniaków idealnie nadają się do przetworzenia na bioetanol, ale nie nadają się do energetycznego spalenia). Niektóre uprawy można wykorzystać  na kilka sposobów. Trudno jest określić jakie zasoby biomasy posiada Polska, ponieważ biomasa to bardzo szerokie pojęcie.  Przy obliczaniu zasobów należy posługiwać się jednostką energii Twh. Rysunek pokazuje jakie jest zapotrzebowanie na energię w porównaniu do zasobów biomasy. Potencjał teoretyczny to cała suma energii jaką można by wykorzystać w idealnych warunkach. Jednak gdy się uwzględni możliwości techniczne urządzeń oraz koszty finansowe pozostaje potencjał ekonomiczny ( czyli ostatni zielony słupek na rysunku)
Zapotrzebowanie na energię jest czterokrotnie wyższe niż ilość biomasy jaką możemy przetworzyć. Ale taka liczba to bardzo dobry wynik. Oznacza to, że nawet 25 % energii w Polsce mogłoby być wytwarzane z biomasy.

Zasoby biomasy w Polsce

Zainteresowanie biomasą i wszelką energią odnawialną jest coraz większe, Unia Europejska wspiera te inicjatywy różnymi projektami. Został wydany specjalny dokument; dyrektywa. Zgodnie z tym dokumentem Polska i inne kraje mają obowiązek zwiększać zużycie czystej energii czyli np biomasy.
Aby uprawa roślin na cele energetyczne stawała się bardziej popularna przepisy prawne muszą być dogodne dla rolników. Niewystarczająca wiedza na ten temat wśród rolników, oraz brak odpowiednich maszyn nie sprzyja plantacjom roślin energetycznych.

Rośliny energetyczne
Chociaż każdą roślinę możemy wysuszyć i spalić, nie każda jest rośliną energetyczną,
Rośliny energetyczne to takie, które po wysuszeniu dają duże plony. Poza tym są odporne na warunki atmosferyczne, choroby, oraz nie mają dużych wymagań co do żyzności gleby.
Uprawa takich roślin nie może być kosztowna, gdyż uzyskana energie byłaby za droga. Uprawa roślin energetycznych może się odbywać na glebach, które są skażone i nie nadają się upraw żywności dla człowieka.
Popularną rośliną energetyczną w Polsce jest wierzba energetyczna, rośnie ona bardzo szybko i pierwsze zbiory następują 2-3 lata od posadzenia. Z hektara upraw w ciągu roku można uzyskać średnio 10 ton suchej masy.
Inną  rośliną, która także nadaje się do uprawy na cele energetyczne jest słonecznik bulwiasty- topinambur. Uprawia się ją najczęściej w najbliższym otoczeniu lasów i zimą służy za pokarm dla dzików. Cechą charakterystyczną topinamburu jest posiadanie, oprócz łodyg nadziemnych, podziemnych bulw. Plony zbiera się zarówno z łodyg jak i z bulw.

 



Miskant olbrzymi wczesną jesienią

Proso rózgowate

Ślazowiec pensylwański

Wierzba wiciowa- energetyczna

Bulwy i części nadziemne topinamburu [www.potrawyregionalne.pl, www.asta.etat.lu]

W Ameryce popularną rośliną energetyczną jest ślazowiec pensylwański. Z jednego hektara można uzyskać nawet 20 ton plonu. Ślazowiec osiąga wysokość nawet przeszło 3 metry.

Biomasa to nie tylko specjalne plantacje i uprawiane rośliny. Ważną gałęzią biomasy jest biomasa odpadowa. W przeciwieństwie do plantacji roślin energetycznych nie potrzeba żadnych nakładów by ją uzyskać. Są to po prostu odpady, np przemysłu drzewnego takie jak trociny. Biomasa to także słoma, która pozostaje po żniwach. Ale biomasa może mieć też postać płynną. Gnojowica i obornik to także biomasa. Z odpadów tych możliwa jest produkcja biogazu.

Biomasa odpadowa


Sposoby wykorzystania biomasy
Biomasę możemy bezpośrednio spalić lub przetworzyć na biopaliwa. Wyróżniamy trzy postacie biopaliw:

  • Biopaliwa stałe
  • Biopaliwa ciekłe
  • Biopaliwa gazowe

Z powyższych biopaliw uzyskiwana jest energia cieplna, która następnie może być przekształcona na energię mechaniczną (np. w silnikach samochodów)  lub elektryczną w elektrowniach.


Biomasa stała np zrębki lub szczapy drewna mogą zostać bezpośrednio spalone. Ale często przetwarza się je w inne biopaliwo, np. brykiety i pelety. Brykiety i pelety powstają w wyniku prasowania pod wysokim ciśnieniem. Nie stosuje się żadnych substancji klejących. Spojenie materiału następuje dzięki naturalnej ligninie zawartej w roślinach.

  • Brykiety
  • Pelety


Brykiety drzewne

Pelety


Brykiety są produkowane z rozdrobnionych i wysuszonych odpadów drzewnych takich jak wiór, trocin, ale także ze słomy i siana. Brykiety mają kształt walca o długości kilkunastu cm. Pelety z wyglądu przypominają granulki paszy, są mniejsze od brykietu. Ich maksymalna długość to kila cm.
Zbicie i zagęszczenie materiału poprawia wartość opałową w przeliczeniu na jednostkę objętlości.
Popularne są brykiety za słomy. Surowca tego jest pod dostatkiem, gdyż słoma to odpad z upraw zboża. Spalanie luźnej, nie sprasowanej słomy, byłoby kłopotliwe i niewygodne. Podczas peletowania lub brykietowania zmniejsza się wilgotność materiału a a zwiększa wartośc opałowa dzięki czemu spalanie daje więcej energii.

Schemat produkcji peletów.


Biopaliwa płynne
Obecnie najbardziej rozpowszechnione 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. Ale główną zaleta to zmiejszona emisji szkodliwych substancji, które powstają z tradycyjnych paliw. Praktycznie nie zawiera związków siarki, a więc splainy są wolne od tlenków siarki. Biodiesel może być mieszany ze zwykłym olejem napędowym w dowolnych proporcjach.

Biodiesel swym kolorem przypomina olej jadalny źródło wikipedia.org

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)

Biogazownia

Bigaz często uzyskuje się z rozkładu materii na wysypiskach śmieci, jest to tzw gaz wysypiskowy. Gaz ten powstaje w kilku fazach. Najpierw ulatnia się dwutlenek węgla. Gdy tlen się wyczerpie zachodzą procesy beztlenowe w wyniku których wydziela się wodór. Kolejny etap po powstawanie metanu, zmniejszą się natomiast ilość dwutlenku węgla.
Biogaz można pozyskać z bardzo różnorodnych surowców, produktów roślinnych, odchodów zwierzęcych, ale także z odpadów związanych z działalnośćią człowieka.

Surowce z jakich można wytwarzać biogaz.

Biogaz można wykorzystać na wiele sposobów. Najczęściej służy on spalaniu w układach kogeneracji. Kogeneracja jest to proces jednoczesnego wytwarzania ciepła i prądu. Biogaz może zostać oczyszczony i zasilać pojazdy na gaz.

Sposoby wykorzystania bigazu wysypiskowego.


Wady i zalety wykorzystania biomasy
Biomasa to bardzo szerokie pojęcie. Może występować pod postacią stałą, płynną lub gazową. Może pochodzić ze specjalnych plantacji lub być odpadkiem z innej działalności.
Biomasa jak każde inne źródło energii ma liczne zalety, ale też wady.
Zalety:
    Zerowy bilans emisji CO2, Podczas spalania wydziela się dwutlenek węgla, ale związek ten rośliny pobierają w procesie wzrostu
    Niska zawartość siarki, a więc po spaleniu emisja do atmosfery jest minimalna
    Niska zawartość popiołu
    Stałe dostawy, biomasa nie jest nieprzewidywalna jak energia wiatru lub słońca
    Możliwość wykorzystania i przetworzenia odpadów
Wady:
    Spalanie biomasy zanieczyszczonej nawozami i rożnymi chemikaliami sprawia, że związki te dostają się do powietrza
    Duże uprawy roślin energetycznych zmniejszają bioróżnorodność,
    Biomasa często zawiera dużo wilgoci, przez co spalanie jest mniej efektywne.

 

Loga patronów

Projekt biogazownie

biogazownie korzyści czy zagrożenia

Kalkulatory

Gry Edukacyjne

Sponsorzy

Sondy

Co sądzisz o projekcie?
 

Odwiedziło Nas

osób