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).