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 wody

Ciepło na przygotowanie ciepłej 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 media

Stosowane współcześnie media

Ciepło do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania

Ciepło do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania

ciepłej wody

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 media

Stosowane współcześnie 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 media

Stosowane współcześnie media

Chłód do klimatyzacji

Chłód do klimatyzacji

•

Energia elektryczna

Energia elektryczna

•

Ciepło odpadowe

Ciepło odpadowe

6

6

ZNANE ŹRÓDŁA ENERGII

ZNANE ŹRÓDŁA ENERGII

•

PALIWA KOPALNE

PALIWA KOPALNE

•

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

7

7

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA

ENERGII

ENERGII

•

PROMIENIOWANIE SŁONECZNE

PROMIENIOWANIE 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 CO

ocieplenie klimatu i konieczność redukcji emisji CO

2

2

(Protokół z Kioto)

(Protokół z Kioto)

•

zobowiązania międzynarodowe (do 2010 r. 7,5% energii z

zobowiązania międzynarodowe (do 2010 r. 7,5% energii z

OZE)

OZE)

14

14

Zgodnie z

Zgodnie z

Rozporządzeniem Ministra

Rozporządzeniem Ministra

Gospodarki (z dnia 19

Gospodarki (z dnia 19

grudnia 2005 r.

grudnia 2005 r.

w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków

w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków

uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia,

uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia,

uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i

uiszczenia opłaty zastępczej oraz zakupu energii elektrycznej i

ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii)

ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii)

,

,

masa

masa

biomasy dostarczanej do procesu spalania powinna wynosić nie

biomasy dostarczanej do procesu spalania powinna wynosić nie

mniej niż:

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 biomasa?

Dlaczego 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 biomasa?

Dlaczego biomasa?

16

16

Zalety stosowania biomasy jako

Zalety stosowania biomasy jako

paliwa

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 środowiska

Poprawa stanu 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

m iał

W d=20G J/t

ρ=0,9 kg/dm 3

granulat m ułowo

m iałowy

[70/30% ]

W d=17,6G J/t

ρ=0,9 kg/dm 3

m uł

W d=10G J/t

ρ=1,3 kg/dm 3

słom a

W d=15GJ/t

ρ=0,15 kg/dm 3

biom asa

W d=8,5G J/t

ρ=0,28 kg/dm 3

biom asa

W d=12GJ/t ρ =

0,28 kg/dm 3

pelety

W d=18GJ/t

ρ=0,7 kg/dm 3

O b ję to ś ć p a liwa p o trz e b n a d o wytwo rze n ia 1 M W h e n e rg ii ele k tryc z n e j

19

19

Ceny ciepła dla gospodarstw domowych w maju 2007 r

20

20

Źródła biomasy energetycznej

Źródła biomasy energetycznej

•

Uprawy roślin wieloproduktowych

Uprawy roślin wieloproduktowych

•

Zagospodarowanie odpadów z pielęgnacji

Zagospodarowanie odpadów z pielęgnacji

lasów, sadów, parków, ogrodów itp..

lasów, sadów, parków, ogrodów itp..

•

Zagospodarowanie odpadów

Zagospodarowanie odpadów

technologicznych przemysłu drzewnego,

technologicznych przemysłu drzewnego,

przetwórczego, rolnictwa, hodowli,

przetwórczego, rolnictwa, hodowli,

odpadów komunalnych itp..

odpadów komunalnych itp..

21

21

Sposoby przygotowania biomasy

Sposoby przygotowania 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 następujących

Energię z biomasy można uzyskać w wyniku następujących

procesów:

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 paliwa.

wykorzystania olejów roślinnych i ich pochodnych jako 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 elektrycznej).

kogeneracja (skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i 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 sposobem

jest najstarszym i najbardziej prostym sposobem

wykorzystywania energii w niej zawartej, często także uważanym za

wykorzystywania energii w niej zawartej, często także uważanym za

sposób najbardziej ekonomiczny. Bardzo duże zróżnicowanie biomasy

sposób najbardziej ekonomiczny. Bardzo duże zróżnicowanie biomasy

pod względem budowy chemicznej i cech fizycznych (wahania i

pod względem budowy chemicznej i cech fizycznych (wahania i

niestabilność wilgotności, ilości popiołu, zawartości części lotnych

niestabilność wilgotności, ilości popiołu, zawartości części lotnych

)

)

niejednokrotnie powoduje trudności w przebiegu spalania biomasy jak i

niejednokrotnie powoduje trudności w przebiegu spalania biomasy jak i

ograniczeniu emisji składników będących ubocznymi produktami

ograniczeniu emisji składników będących ubocznymi produktami

procesów.

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 wpływa na

uzyskiwanego ciepła podczas spalania, ale także niekorzystnie wpływa na

przebieg procesu spalania (spalanie niecałkowite, zwiększona emisja

przebieg procesu spalania (spalanie niecałkowite, zwiększona emisja

zanieczyszczeń w spalinach).

zanieczyszczeń w spalinach).

Spalanie biomasy w tradycyjnych kotłach c.o. wymaga zmniejszenia jej

Spalanie biomasy w tradycyjnych kotłach c.o. wymaga zmniejszenia jej

wilgotności poniżej 15%.

wilgotności poniżej 15%.

Podczas spalania czystej biomasy powstają małe ilości popiołu (0,5–

Podczas spalania czystej biomasy powstają małe ilości popiołu (0,5–

12,5%), który nie zawiera szkodliwych substancji i może być

12,5%), który nie zawiera szkodliwych substancji i może być

wykorzystany jako nawóz mineralny. Wyższe zawartości popiołu

wykorzystany jako nawóz mineralny. Wyższe zawartości popiołu

świadczą o zanieczyszczeniu surowca.

świadczą o zanieczyszczeniu surowca.

W procesie spalania generuje się aż 90 % energii, otrzymywanej na

W procesie spalania generuje się aż 90 % energii, otrzymywanej na

świecie z biomasy, przy czym spalana może być biomasa we wszystkich

świecie z biomasy, przy czym spalana może być biomasa we wszystkich

stanach skupienia.

stanach skupienia.

26

26

Możliwości spalania poszczególnych rodzajów bioamasy

Możliwości spalania poszczególnych rodzajów bioamasy

•

Tradycyjne i specjalnie konstruowane kotły, piece i

Tradycyjne i specjalnie konstruowane kotły, piece i

kominki –

kominki –

drewno , brykiety

drewno , brykiety

•

Współczesne kotły z pełną automatyką –

Współczesne kotły z pełną automatyką –

granulat drzewny

granulat drzewny

(pelety), ziarno energetyczne, zrębki, brykiety

(pelety), ziarno energetyczne, zrębki, brykiety

•

Kotły średniej i dużej mocy –

Kotły średniej i dużej mocy –

zrębki, słoma

zrębki, słoma

•

Kotły specjalnie projektowane –

Kotły specjalnie projektowane –

baloty słomy lub siana

baloty słomy lub siana

•

Kotły i agregaty kogeneracyjne –

Kotły i agregaty kogeneracyjne –

biogaz i biopaliwa

biogaz i biopaliwa

płynne

płynne

27

27

Piroliza

Piroliza

Piroliza

Piroliza

jest procesem termochemicznym przemiany biomasy w ciecz

jest procesem termochemicznym przemiany biomasy w ciecz

tzw. bioolej lub olej pirolityczny, poprzez ogrzanie biomasy do

tzw. bioolej lub olej pirolityczny, poprzez ogrzanie biomasy do

temperatury 200-600°C przy bardzo małym dostępnie tlenu.

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 prowadzenia

W dopuszczalnym zakresie możliwa jest elastyczność prowadzenia

procesu.

Poprzez

sterowanie

parametrami

procesowymi

lub

procesu.

Poprzez

sterowanie

parametrami

procesowymi

lub

zastosowanie odpowiedniego typu katalizatora, w zależności od

zastosowanie odpowiedniego typu katalizatora, w zależności od

doraźnych potrzeb ekonomicznych na rynku paliwowo-energetycznym,

doraźnych potrzeb ekonomicznych na rynku paliwowo-energetycznym,

wpływać można na wydajność i selektywność złożonego układu reakcji

wpływać można na wydajność i selektywność złożonego układu reakcji

chemicznych.

chemicznych.

Jeśli celem pirolizy biomasy jest np. uzyskanie możliwie najwyższej

Jeśli celem pirolizy biomasy jest np. uzyskanie możliwie najwyższej

wydajności

produktów

ciekłych,

wymagane

są:

umiarkowana

wydajności

produktów

ciekłych,

wymagane

są:

umiarkowana

temperatura, duża szybkość grzania i krótszy czas przebywania

temperatura, duża szybkość grzania i krótszy czas przebywania

uwalnianych gazów. Zwiększenie wydajności procesowej w kierunku

uwalnianych gazów. Zwiększenie wydajności procesowej w kierunku

produkcji węgla drzewnego osiągane jest poprzez zastosowanie niższej

produkcji węgla drzewnego osiągane jest poprzez zastosowanie niższej

temperatury i małej szybkości grzania. Wydajność produktów gazowych

temperatury i małej szybkości grzania. Wydajność produktów gazowych

można zwiększyć poprzez zastosowanie wysokiej temperatury, małej

można zwiększyć poprzez zastosowanie wysokiej temperatury, małej

szybkości grzania i zwiększenie średniego czasu przebywania gazów

szybkości 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 (w

uniwersalnością, tzn. możliwością utylizacji różnego rodzaju odpadów (w

tym zmieszanych),

tym zmieszanych),

•

brakiem powstawania popiołów, pyłów czy emisji spalin (dwutlenek węgla,

brakiem powstawania popiołów, pyłów czy emisji spalin (dwutlenek węgla,

związki azotu, sadza, dioksyny itd.) w wyniku procesu HTSV,

związki azotu, sadza, dioksyny itd.) w wyniku procesu HTSV,

•

znacznie niższymi kosztami utylizacji w porównaniu do innych technologii

znacznie niższymi kosztami utylizacji w porównaniu do innych technologii

spalania,

spalania,

•

od pięciu do dwudziestu razy niższą podażą wsadu niż w konwencjonalnych

od pięciu do dwudziestu razy niższą podażą wsadu niż w konwencjonalnych

spalarniach,

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 odpady, w tym

W procesie pirolizy jako materiał wsadowy kwalifikują się wszelkie odpady, w tym

surowce pochodzenia roślinnego (biomasa).

surowce pochodzenia roślinnego (biomasa).

W zależności od przetwarzanego materiału wsadowego uzyskuje się różne

W zależności od przetwarzanego materiału wsadowego uzyskuje się różne

produkty. Mogą to być wysokoenergetyczny gaz opałowy (o jakości uzyskiwanej

produkty. Mogą to być wysokoenergetyczny gaz opałowy (o jakości uzyskiwanej

w procesach syntezy) i nierozpuszczalny granulat lub krystality w blokach, które

w procesach syntezy) i nierozpuszczalny granulat lub krystality w blokach, które

doskonale nadają się do dalszego przerobu na materiały izolacyjne, np. wełnę

doskonale nadają się do dalszego przerobu na materiały izolacyjne, np. wełnę

mineralną, lub do produkcji materiałów budowlanych, ze względu na minimalną

mineralną, lub 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

w

warunkach ograniczonego dostępu powietrza bądź tlenu,

warunkach ograniczonego dostępu powietrza bądź tlenu,

w celu optymalizacji wydajności otrzymywanych składników

w celu optymalizacji wydajności otrzymywanych składników

gazowych – CO, H

gazowych – CO, H

2

2

, CH

, CH

4

4

, CO2 i N

, CO2 i N

2

2

.

.

Jest najnowocześniejszą i najefektywniejszą generacją

Jest najnowocześniejszą i najefektywniejszą generacją

procesów konwersji energii biomasy. Otrzymuje się

procesów konwersji energii biomasy. Otrzymuje się

stosunkowo małe ilości pozostałości stałych (węgiel

stosunkowo małe ilości pozostałości stałych (węgiel

drzewny) i popiołu.

drzewny) i popiołu.

30

30

Proces gazyfikacji paliw stałych przebiega dwustopniowo:

Proces gazyfikacji paliw stałych przebiega dwustopniowo:

•

w pierwszej komorze w warunkach niedoboru powietrza oraz

w pierwszej komorze w warunkach niedoboru powietrza oraz

stosunkowo niskiej temperaturze (450-800

stosunkowo niskiej temperaturze (450-800

o

o

C) paliwo zostaje

C) paliwo zostaje

odgazowane, w wyniku czego powstaje gaz palny oraz

odgazowane, w wyniku czego powstaje gaz palny oraz

mineralna pozostałość (węgiel drzewny),

mineralna pozostałość (węgiel drzewny),

•

w drugim etapie w komorze dopalania w temperaturze około

w drugim etapie w komorze dopalania w temperaturze około

1000-1200

1000-1200

o

o

C i w obecności nadmiaru tlenu następuje spalenie

C i w obecności nadmiaru tlenu następuje spalenie

powstałego gazu.

powstałego gazu.

Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka efektywność:

Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka efektywność:

podczas gdy małe i średnie urządzenia wykorzystywane do

podczas gdy małe i średnie urządzenia wykorzystywane do

spalania osiągają efektywność rzędu 15-20%, efektywność

spalania osiągają efektywność rzędu 15-20%, efektywność

urządzeń służących do gazyfikacji już teraz wynosi około 35%,

urządzeń służących do gazyfikacji już teraz wynosi około 35%,

a w niedalekiej przyszłości sięgnie 45-50%.

a w niedalekiej przyszłości sięgnie 45-50%.

31

31

Procesy biochemiczne

Procesy biochemiczne

Niektóre formy biomasy zawierają zbyt dużo wody, by można było skutecznie

Niektóre formy biomasy zawierają zbyt dużo wody, by można było skutecznie

poddawać je spalaniu. Ich wykorzystanie na cele energetyczne jest jednak

poddawać je spalaniu. Ich wykorzystanie na cele energetyczne jest jednak

możliwe dzięki procesom biochemicznym, na przykład fermentacji.

możliwe dzięki procesom biochemicznym, na przykład fermentacji.

Fermentacja alkoholowa

Fermentacja alkoholowa

to proces rozkładu węglowodanów, zachodzący po

to proces rozkładu węglowodanów, zachodzący po

dodaniu drożdży do takich surowców, jak zboże, pszenica, winogrona czy buraki

dodaniu drożdży do takich surowców, jak zboże, pszenica, winogrona czy buraki

cukrowe i zapewnieniu temu materiałowi warunków beztlenowych. Produktem

cukrowe i zapewnieniu temu materiałowi warunków beztlenowych. Produktem

tego rodzaju fermentacji jest alkohol. W procesie fermentacji alkoholowej

tego rodzaju fermentacji jest alkohol. W procesie fermentacji alkoholowej

powstaje najpopularniejsze biopaliwo płynne – bioetanol, stanowiący 90%

powstaje najpopularniejsze biopaliwo płynne – bioetanol, stanowiący 90%

wszystkich stosowanych biopaliw ciekłych. Bioetanol wykorzystuje się

wszystkich stosowanych biopaliw ciekłych. Bioetanol wykorzystuje się

najczęściej w charakterze domieszki do benzyny, stanowiącej od 5 do 10% paliwa,

najczęściej w charakterze domieszki do benzyny, stanowiącej od 5 do 10% paliwa,

jest on jednak stosowany również jako samodzielne paliwo.

jest on jednak stosowany również jako samodzielne paliwo.

Innym procesem biochemicznym wykorzystywanym do produkcji biopaliw

Innym procesem biochemicznym wykorzystywanym do produkcji biopaliw

płynnych jest

płynnych jest

estryfikacja oleju.

estryfikacja oleju.

Polega ona na przemianie oleju zawierającego

Polega ona na przemianie oleju zawierającego

metanol (rzepakowego, sojowego, gorczycowego itp.) w estry metylowe. Tak

metanol (rzepakowego, sojowego, gorczycowego itp.) w estry metylowe. Tak

powstaje biodiesel, biopaliwo płynne, które podobnie jak etanol może być

powstaje biodiesel, biopaliwo płynne, które podobnie jak etanol może być

wykorzystywane bądź samodzielnie, bądź też w charakterze dodatku do paliw

wykorzystywane bądź samodzielnie, bądź też w charakterze dodatku do paliw

tradycyjnych (stanowi wtedy 5-25% mieszanki). Biodiesel to biopaliwo płynne,

tradycyjnych (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 proces

Fermentacja metanowa to następujący przy ograniczonym dostępie tlenu proces

rozkładu

wielkocząsteczkowych

substancji

organicznych

(głównie

rozkładu

wielkocząsteczkowych

substancji

organicznych

(głównie

węglowodanów, białka, tłuszczów i ich pochodnych) do alkoholi lub niższych

węglowodanów, białka, tłuszczów i ich pochodnych) do alkoholi lub niższych

kwasów organicznych, a także metanu, dwutlenku węgla i wody.

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 – monosacharydy,

tłuszczów – kwasy tłuszczowe i glicerol, a z polisacharydów – monosacharydy,

acidogeneza, czyli fermentacja kwaśna, polegająca na metabolizowaniu

acidogeneza, czyli fermentacja kwaśna, polegająca na metabolizowaniu

produktów hydrolizy do lotnych kwasów tłuszczowych, etanolu i produktów

produktów hydrolizy do lotnych kwasów tłuszczowych, etanolu i produktów

gazowych,

gazowych,

octanogeneza, w czasie której lotne kwasy tłuszczowe są rozkładane do kwasu

octanogeneza, w czasie której lotne kwasy tłuszczowe są rozkładane do kwasu

octowego, dwutlenku wegla i wodoru oraz końcowa

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 gazów,

Produktem finalnym fermentacji metanowej jest biogaz – mieszanina gazów,

składająca się głównie z metanu i dwutlenku węgla, a także z niewielkich ilości

składająca się głównie z metanu i dwutlenku węgla, a także z niewielkich ilości

(ok. 1%) siarkowodoru, amoniaku, azotu, tlenku węgla, tlenu, wodoru i tioli.

(ok. 1%) siarkowodoru, amoniaku, azotu, tlenku węgla, tlenu, wodoru i tioli.

Produkty w stanie stałym to trudnorozkładalne bądź nierozkładalne osady oraz

Produkty w stanie stałym to trudnorozkładalne bądź nierozkładalne osady oraz

biomasa bakteryjna. Do celów energetycznych wykorzystywana jest fermentacja

biomasa bakteryjna. Do celów energetycznych wykorzystywana jest fermentacja

takich substancji organicznych, jak odchody zwierzęce, odpady przetwórstwa

takich substancji organicznych, jak odchody zwierzęce, odpady przetwórstwa

spożywczego, odpady komunalne na wysypiskach i osady, wytrącone w

spożywczego, odpady komunalne na wysypiskach i osady, wytrącone w

oczyszczalniach ścieków.

oczyszczalniach ścieków.

33

33

KOGENERACJA

KOGENERACJA

Kogeneracja, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej,

Kogeneracja, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej,

powoduje mniejsze zużycie paliwa i mniejszą emisję substancji szkodliwych niż

powoduje mniejsze zużycie paliwa i mniejszą emisję substancji szkodliwych niż

proces oddzielnej produkcji elektryczności i ciepła. W układach skojarzonych

proces oddzielnej produkcji elektryczności i ciepła. W układach skojarzonych

wskaźnik wykorzystania energii chemicznej paliwa wynosi aż 80-90%, co jest

wskaźnik wykorzystania energii chemicznej paliwa wynosi aż 80-90%, co jest

możliwe dzięki odzyskiwaniu wysokiej jakości ciepła ze spalin. Kogeneracja jest

możliwe dzięki odzyskiwaniu wysokiej jakości ciepła ze spalin. Kogeneracja jest

więc korzystna zarówno ze względów termodynamicznych, jak i z ekonomicznego

więc korzystna zarówno ze względów termodynamicznych, jak i z ekonomicznego

czy ekologicznego punktu widzenia.

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 elektryczną.

równocześnie występuje zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną.

Rodzaj zastosowanej technologii zależy przy tym od rodzaju wybranego paliwa:

Rodzaj zastosowanej technologii zależy przy tym od rodzaju wybranego paliwa:

na przykład dla systemów, które w charakterze paliwa wykorzystują słomę,

na przykład dla systemów, które w charakterze paliwa wykorzystują słomę,

najodpowiedniejsza jest elektrociepłownia z turbiną parową, bądź też – przy

najodpowiedniejsza jest elektrociepłownia z turbiną parową, bądź też – przy

mniejszych wartościach mocy elektrycznej – z silnikiem parowym. Podstawowe

mniejszych wartościach mocy elektrycznej – z silnikiem parowym. Podstawowe

elementy układu, opartego na słomie to kocioł parowy z podgrzewaczem pary,

elementy układu, opartego na słomie to kocioł parowy z podgrzewaczem pary,

turbina parowa i generator energii elektrycznej. Rozdrobnione w systemie obróbki

turbina parowa i generator energii elektrycznej. Rozdrobnione w systemie obróbki

wstępnej paliwo podawane jest najpierw do śluzy ogniowej, a następnie

wstępnej paliwo podawane jest najpierw do śluzy ogniowej, a następnie

podajnikiem ślimakowym na ruszt schodkowy, gdzie następuje spalanie. Para,

podajnikiem ślimakowym na ruszt schodkowy, gdzie następuje spalanie. Para,

która podczas spalania powstaje w kotle, jest dostarczana do turbiny parowej.

która podczas spalania powstaje w kotle, jest dostarczana do turbiny parowej.

Ostatni element systemu skojarzonego to podłączony do sieci przemysłowej

Ostatni element systemu skojarzonego to podłączony do sieci przemysłowej

generator.

generator.

34

34

Współspalanie

Współspalanie

Spalanie lub współspalanie biomasy jest atrakcyjne ze względu na

Spalanie lub współspalanie biomasy jest atrakcyjne ze względu na

relatywnie niskie koszty produkcji energii cieplnej czy elektrycznej

relatywnie niskie koszty produkcji energii cieplnej czy elektrycznej

oraz niewielką emisję w porównaniu z innymi konwencjonalnymi

oraz niewielką emisję w porównaniu z innymi konwencjonalnymi

źródłami energii.

źródłami energii.

Współspalanie

Współspalanie

węgla z biomasą jest również popierane przez

węgla z biomasą jest również popierane przez

obecny stan prawny w Polsce (Rozporządzenie w sprawie

obecny stan prawny w Polsce (Rozporządzenie w sprawie

szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i

szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i

ciepła z odnawialnych źródeł energii oraz energii elektrycznej

ciepła z odnawialnych źródeł energii oraz energii elektrycznej

wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła z 30 maja

wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła z 30 maja

2003) ze względu na niskie emisje tlenków siarki, tlenków azotu,

2003) ze względu na niskie emisje tlenków siarki, tlenków azotu,

pyłów i popiołów. Rozporządzenie to określa rodzaje, parametry

pyłów i popiołów. Rozporządzenie to określa rodzaje, parametry

techniczne i technologiczne źródeł odnawialnych wytwarzających

techniczne i technologiczne źródeł odnawialnych wytwarzających

energię elektryczną lub ciepło; w tym możliwości wydzielenia

energię elektryczną lub ciepło; w tym możliwości wydzielenia

energii elektrycznej lub ciepła jako energii z odnawialnych źródeł

energii elektrycznej lub ciepła jako energii z odnawialnych źródeł

przy współspalaniu, dodatku biomasy do węgla.

przy współspalaniu, dodatku biomasy do węgla.

35

35

Zagęszczanie biomasy

Zagęszczanie biomasy

Stosowane

w

przemyśle

technologie

przetwarzania

Stosowane

w

przemyśle

technologie

przetwarzania

rozdrobnionych materiałów pochodzenia roślinnego, poprzez

rozdrobnionych materiałów pochodzenia roślinnego, poprzez

ich scalanie w procesie ciśnieniowej aglomeracji, są

ich scalanie w procesie ciśnieniowej aglomeracji, są

zróżnicowane ze względu na przeznaczenie wytworzonego

zróżnicowane ze względu na przeznaczenie wytworzonego

produktu.

produktu.

Najczęściej spotykanym, w praktyce przemysłowej, rodzajem

Najczęściej spotykanym, w praktyce przemysłowej, rodzajem

ciśnieniowej aglomeracji jest granulowanie i brykietowanie.

ciśnieniowej aglomeracji jest granulowanie i brykietowanie.

Granulowanie jest jedną z form procesu ciśnieniowej

Granulowanie jest jedną z form procesu ciśnieniowej

aglomeracji, realizowanego za pomocą specjalnych maszyn,

aglomeracji, realizowanego za pomocą specjalnych maszyn,

w których rozdrobniony materiał roślinny pod działaniem sił

w których rozdrobniony materiał roślinny pod działaniem sił

zewnętrznych i wewnętrznych ulega zagęszczeniu a

zewnętrznych i wewnętrznych ulega zagęszczeniu a

otrzymany produkt (granulat, brykiet) otrzymuje określoną,

otrzymany produkt (granulat, brykiet) otrzymuje określoną,

stałą postać geometryczną.

stałą postać geometryczną.

36

36

Granulat

Granulat

według BN-78/1135-04 (dotyczy pasz

według BN-78/1135-04 (dotyczy pasz

przemysłowych), to walec lub prostopadłościan o

przemysłowych), to walec lub prostopadłościan o

średnicy lub boku podstawy do 15 mm.

średnicy lub boku podstawy do 15 mm.

Procesem bliźniaczym do procesu granulowania

Procesem bliźniaczym do procesu granulowania

jest proces brykietowania, a produkt tego procesu

jest proces brykietowania, a produkt tego procesu

–

–

brykiet

brykiet

(rys. 3a) - różni od granulatu się tylko

(rys. 3a) - różni od granulatu się tylko

wymiarami (brykiet wg BN-78/1135-04 to walec lub

wymiarami (brykiet wg BN-78/1135-04 to walec lub

prostopadłościan o średnicy lub boku podstawy

prostopadłościan o średnicy lub boku podstawy

15-30 mm lub 60-120 mm).

15-30 mm lub 60-120 mm).

Brykiety opałowe, w zależności od technologii

Brykiety opałowe, w zależności od technologii

wytwarzania przyjmują kształt:

wytwarzania przyjmują kształt:

walca o średnicy od 30 do 100 mm o długości

walca o średnicy od 30 do 100 mm o długości

przypadkowej do 300 mm (brykieciarki stemplowe

przypadkowej do 300 mm (brykieciarki stemplowe

mechaniczne),

lub

regularnej

(brykieciarki

mechaniczne),

lub

regularnej

(brykieciarki

stemplowe hydrauliczne),

stemplowe hydrauliczne),

prostopadłościanu o czterech, sześciu i ośmiu

prostopadłościanu o czterech, sześciu i ośmiu

bokach czasem z otworem w środku (brykieciarki

bokach czasem z otworem w środku (brykieciarki

ślimakowe lub hydrauliczne),

ślimakowe lub hydrauliczne),

bryły

o

różnorodnych

obłych

kształtach

bryły

o

różnorodnych

obłych

kształtach

przypominających powiększone pastylki (prasy

przypominających powiększone pastylki (prasy

walcowe i pierścieniowe).

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 argumentów

Za wykorzystaniem pelet jako paliwa przemawia wiele argumentów

praktycznych i środowiskowych [Seredyński 2003]:

praktycznych i środowiskowych [Seredyński 2003]:

•

zapewnienie obiegu w przyrodzie tzw. „węgla neutralnego”, który

zapewnienie obiegu w przyrodzie tzw. „węgla neutralnego”, który

uczestnicząc w procesach życiowych,

uczestnicząc w procesach życiowych,

•

zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych,

zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych,

•

ograniczenie uzależnienie energetyki od paliw kopalnych takich jak gaz

ograniczenie uzależnienie energetyki od paliw kopalnych takich jak gaz

ziemny, węgiel i ropa naftowa,

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 przechowywania,

łatwość przechowywania i ograniczenie powierzchni przechowywania,

•

dobra dostępność surowca do ich produkcji,

dobra dostępność surowca do ich produkcji,

•

brak odpadów niepożądanych dla środowiska powstających w trakcie

brak odpadów niepożądanych dla środowiska powstających w trakcie

produkcji,

produkcji,

•

obniżenie kosztów w przemyśle drzewnym poprzez bardzo efektywne

obniżenie kosztów w przemyśle drzewnym poprzez bardzo efektywne

zagospodarowanie odpadów,

zagospodarowanie odpadów,

•

możliwość automatyzacji zadawania paliwa do pieca (zadanie

możliwość automatyzacji zadawania paliwa do pieca (zadanie

użytkownika ogranicza się jedynie do napełnienie co kilka, kilkadziesiąt

użytkownika ogranicza się jedynie do napełnienie co kilka, kilkadziesiąt

dni zasobnika z paliwem),

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 ceny ropy

politycznej (ceny peletu nie podlegają silnym wahaniom, jak ceny ropy

czy gazu).

czy gazu).