1. Definicja odnawialnych źródeł energii 

OŹE to źródła których wykorzystywanie nie wiąże się z długofalowym zmniejszeniem zasobów a ich pozyskiwanie wiążę się z brakiem lub bardzo niskim negatywnym oddziaływaniem na środowisko. Przykładowo w Ustawie Prawo Energetyczne odnawialne źródła energii zdefiniowano jako źródła wykorzystujące w procesie przetwarzania energię wiatru, promieniowania słonecznego, geotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy, biogazu wysypiskowego, a tazkę z biogazu powstałego w procesach odprowadzania lub oczyszczania ścieków albo rozkładu składowanych szczątek roślinnych i zwierzęcych.

1. Rodzaje biopaliw i ich charakterystyka 
   

Wyróżnia się biopaliwa:

• stałe - słoma w postaci bel lub kostek albo brykietów , granulat trocinowy lub słomiany - tzw. pellet , drewno , siano i inne przetworzone odpady roślinne;

• ciekłe - otrzymywane w drodze fermentacji alkoholowej węglowodanów do etanolu , fermentacji butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych w biodiesel olejów roślinnych (np. olej rzepakowy );

• gazowe:

  • powstałe w wyniku fermentacji beztlenowej ciekłych i stałych odpadów rolniczej produkcji zwierzęcej ( gnojowica , obornik , słoma etc.) - biogaz ;

  • powstałe w procesie zgazowania biomasy - gaz generatorowy ( gaz drzewny ).

Biopaliwa dzielimy także na:

• pierwszej generacji (konwencjonalne) – produkowane są z cukru, skrobi, lub oleju roślinnego;

• drugiej generacji (ulepszone) – produkowane są z trwałego surowca. Trwałość surowca jest określana m.in. z perspektywy dostępności surowca, wpływu na emisje gazów cieplarnianych oraz wpływu na bioróżnorodność i zużycie terenu^[2]. Obecnie opracowuje się wiele biopaliw drugiej generacji, np.: etanol celulozowy, biowodór, biometanol czyolej napędowy z drewna;

• trzeciej generacji – to biopaliwa produkowane z glonów i innych mikroorganizmów.

1. Różnice parametrów strukturalnych i energetycznych między miastem a wsią 

• Mieszkania na wsi są przeciętnie o połowę większe niż w mieście. Średnia powierzchnia użytkowa mieszkania na wsi to ok. 95,5m2 a w mieście 64,4m2

• Przeciętne gospodarstwo domowe na wsi jest bardziej liczne niż w mieście. Średnia liczba osób w gosp domowym na wsi to 3,4, a w mieście 2,6.

• W mieście przeważają budynki wielorodzinne a na wsi jednorodzinne. W mieście 77,7% mieszkań znajduję się w budynkach wielorodzinnych, a 22,3% w domach jednorodzinnych. Na wsi 86,8% mieszkań stanowiły domy jednorodzinne.

• W mieście więcej mieszkań (51,5%) znajduje się w budynkach ocieplonych, a na wsi ta sytuacja dotyczyła 35,1% mieszkań. Przewaga mieszkań cieplonych w mieście wynika z faktu, że wielka kampania ocieplania budynków dotyczy wszystkich budynków, ale realizacji jej podjęły się w większym stopniu spółdzielnie i wspólnoty mieszkaniowe

• Gospodarstwa domowe w mieście i na wsi cechuje odmienna struktura paliw zużywanych do ogrzewania pomieszczeń. W mieście stosowane jest w tym celu przede wszystkim ciepło z sieci które ogrzewa 58,6% mieszkań, gaz ziemny to 12%, a paliwa stałe mniej niż 30% gospodarstw domowych. Na wsi zdecydowanie przeważają paliwa stałe, które są wykorzystywane w prawie 90% gospodarstw, ciepło z sieci 3,4%, gaz ziemny 6,3%.

• Bardzo istotnie różni się także struktura paliw do zużywanych do ogrzewania wody. W mieście 35,3% gosp domowych wykorzystuje w tym celu sień ciepłowniczą, 36,5% gaz ziemny, 20,5 energię eklektyczną, a mniej niż 10% paliwa stałe. Na wsi z cieci ciepłowniczej ciepłą wodę pozyskiwało tylko 1,9% gospodarstw natomiast 13,3% gospodarstw zużywa w tym celu gaz ziemny, 32,7% energię elektryczną, a około 50% paliwo stałe.

• Struktura paliw zużywanych do gotowania posiłków różni się między miastem a wsią rodzajem użytkowanego gazu. Zarówno w mieście jak i na wsi gaz stosowało w tym celu ponad 90% gospodarstw domowych, ale w mieście 69,3% gospodarstw użytkowało gaz ziemny a 21,3% gaz ciekły, natomiast na wsi proporcja jest odwrotna – gaz ziemny stosowany w 19,3%, a gaz ciekły w 72,6% gospodarstw domowych.

• Średnie roczne zużycie niemal wszystkich nośników energii było niższe w gospodarstwach domowych w mieście niż na wsi. Dla energii elektrycznej wyniosło 2140kWh a mieście i 2620kWh na wsi, dla gazu zimnego wysokometanowego odpowiednio 509m3 i 708m3, dla węgla kamiennego 2835kg i 3172 kg. Większe średnie zużycie energii nośników energii na wsi spowodowane jest większą powierzchnią mieszkania, większa liczebnością rodzin oraz prowadzeniem produkcyjnej działalności rolniczej.

• Więcej gospodarstw domowych posiada samochody osobowe na wsi niż w mieście – na wsi 65,8% a w mieście 53,8% gospodarstw.

• Na wsi występuje więcej samochodów zasilanych gazem ciekłym niż olejem napędowym, a w mieście więcej samochodów benzynowych

1. Dlaczego biomasa może być [ jest ] źródłem energii ?

Biomasa to najstarsze i najczęściej wykorzystywane źródło energii odnawialnej. Stanowi całą istniejącą na Ziemi materię organiczną, a wszystkie jej stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego i zwierzęcego ulegające biodegradacji. Wykorzystanie biomasy pozwala spożytkować odpady oraz zagospodarować nieużytki

• Biomasa to energia słoneczna zmagazynowana w substancji organicznej

• Biomasa jest odnawialnym źródłem energii

• Biomasa do wytwarzania ciepła, energii elektrycznej i paliwa będzie w przyszłości znaczącym źródłem energii dla Europy

• Biomasa nadaje się do pokrycia zapotrzebowania na energię przy obciążeniu podstawowym

• Stosowanie biomasy zamiast paliw kopalnych zmniejszy zależność od ropy naftowej

• Stosowanie biomasy zamiast paliw kopalnych obniży emisje gazów cieplarnianych

• Biomasa i bioenergia zapewniają rolnikom dodatkowe dochody i przyczynią się do rozwoju obszarów wiejskich

1. Szacowanie zapotrzebowania na energię elektryczną w jednostce obszarowej. 

2. Szacowanie zapotrzebowania na energię cieplną w jednostce obszarowej. 

3. Co to jest zielona biotechnologia i w jaki sposób jest wykorzystywana 

Zielona biotechnologia (ang. green biotechnology), nazywana też agrobiotechnologią, zajmuje się aspektami związanymi z rolnictwem, rozwiązaniami stosowanymi w celach spożywczych i niespożywczych. Uściślając termin zielonej biotechnologii, trzeba podkreślić, że głównym obiektem zainteresowania są tutaj rośliny, a nie jakby mogło się wydawać również zwierzęta. Ten rodzaj biotechnologii to głównie wykorzystywanie wiedzy o roślinach do zaspokajania potrzeb człowieka. Do roślin, które są wykorzystywane w agrobiotechnologii należy zaliczyć soję, bawełnę, rzepak i kukurydzę. Te cztery rośliny zostały wybrane nieprzypadkowo, a o ich wyborze zdecydowały dwie zasadnicze cechy, takie jak odporność na herbicydy nieselektywne oraz na działanie szkodników owadzich. Wśród wymienionych roślin, które stanowią tylko trzon roślin genetycznie modyfikowanych, można wyodrębnić kilka typów transformacji. W przeważającej mierze, bo aż w 80% rośliny posiadają gen lub geny odporności na działanie herbicydów, 12% roślin genetycznie modyfikowanych posiada sztucznie wprowadzony gen odporności na gąsienice Lepidoptera, o symbolu Bt (Bacillus thuringiensis). Ostatnie 8% roślin GM jednocześnie jest odporna na herbicydy i zawiera gen Bt. Rozwój zielonej biotechnologii właśnie w takim kierunku, gwarantuje zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska poprzez zmniejszenie stosowania środków ochrony roślin.

1. Definicja upraw energetycznych. 

Uprawy energetyczne to uprawy roślin w celu pozyskania biomasy z przeznaczeniem na cele energetyczne czyli do produkcji energii cieplnej, energii elektrycznej oraz paliwa gazowego (biogazu) lub ciekłego. Biomasa jest zaliczana do odnawialnych zasobów energii. Za uprawy energetyczne uznaje się te uprawy, które nie wytwarzają żywności. Odpady z upraw roślin przemysłowych i żywnościowych też mogą być używane w celu produkcji energii, ale takie uprawy nie są uznawane za uprawy energetyczne. Rośliny energetyczne powinny charakteryzować się dużym przyrostem rocznym, wysoką wartością opałową, znaczną odpornością na choroby i szkodniki oraz stosunkowo niewielkimi wymaganiami glebowymi. Niezwykle istotną sprawą jest również możliwość mechanizacji prac agrotechnicznych związanych z zakładaniem plantacji oraz zbieraniem plonu. Uprawa roślin energetycznych może być średnio użytkowana przez okres 15-20 lat.

• Ślazowiec pensylwański

• Miskant olbrzymi

• Wierzba wiciowa

1. Korzyści i zagrożenia z upraw energetycznych. 

Biomasa to nieszkodliwe dla środowiska, odnawialne źródło energii. Jej największą zaletą jest zerowy bilans emisji dwutlenku węgla (CO₂), uwalnianego podczas spalania biomasy, a także niższa niż w przypadku paliw kopalnych emisja dwutlenku siarki (SO₂), tlenków azotu (NO_x) i tlenku węgla (CO). Pozyskując energię z biomasy zapobiegamy marnotrawstwu nadwyżek żywności, zagospodarowujemy odpady produkcyjne przemysłu leśnego i rolnego, utylizujemy odpady komunalne. Jej zasoby mogą być magazynowane i wykorzystywane w zależności od potrzeb, a ich transport i magazynowanie nie pociąga za sobą takich zagrożeń dla środowiska, jak transport czy magazynowanie ropy naftowej bądź gazu ziemnego. Poza tym wykorzystanie biomasy z terenów leśnych i z pastwisk zmniejsza ryzyko pożaru, zaś uprawy na cele energetyczne pozwalają też zagospodarować nieużytki rolne i rekultywować tereny poprzemysłowe.

Wady

To posiadające tak wiele zalet źródło energii ma jednak także pewne wady, wśród których można wymienić:

• stosunkowo małą gęstość surowca, utrudniającą jego transport, magazynowanie i dozowanie,

• szeroki przedział wilgotności biomasy, utrudniający jej przygotowanie do wykorzystania w celach energetycznych,

• mniejszą niż w przypadku paliw kopalnych wartość energetyczną surowca: do produkcji takiej ilości energii, jaką uzyskuje się z tony dobrej jakości węgla kamiennego potrzeba około 2 ton drewna bądź słomy,

• fakt, że niektóre odpady są dostępne tylko sezonowo.

1. Charakterystyka biomasy stałej (biopaliw stałych)

Biomasa, pochodząca z upraw energetycznych, jak i pozyskana z lasów i rolnictwa, bardzo często jest przetwarzana na stabilną postać o ujednoliconym kształcie, wartości opałowej i wilgotności. Tą przetworzoną formą są brykiety i pelety. Brykiety mają kształt walca,  prostopadłościanu, a czasem innego wielościanu foremnego. Ich średnica wynosi od 3 do kilkunastu centymetrów, a  długość od 20 mm do kilkunastu centymetrów. Wilgotność brykietów nie powinna przekraczać 18-20%. Brykiety są produkowane z rozdrobnionych i wysuszonych: odpadów z przeróbki drzewnej,  z roślin energetycznych, a także ze słomy i siana. Obecnie największy udział na rynku mają brykiety drzewne. Pelety natomiast z wyglądu przypominają granulki paszy.  Są w kształcie walca o średnicy od  6- do 10 mm i długości do kilku centymetrów. Produkowane są z podobnych biosurowców jak brykiety, z tym że biosurowce do ich produkcji muszą posiadać drobniejsze frakcje i zawierać mniej zanieczyszczeń. Brykiety  jak i pelety  powstają ze sprasowanych pod wysokim ciśnieniem, wcześniej odpowiednio przygotowanych biomateriałów. W procesie produkcji nie są dodawane żadne materiały wiążące czy klejące. Substancją spajającą jest lignina zawarta w biomasie, która w procesie peletyzacji i brykietowania pod wpływem wysokiego ciśnienia nagrzewa się i przyjmuje półpłynną postać, dzięki czemu można ją dowolnie formować. Dodatkowo materiał wejściowy o zazwyczaj niskiej gęstości usypowej pod wpływem procesu peletyzacji  ulega znacznemu zagęszczeniu, dzięki czemu uzyskuje znacznie wyższą wartość opałową w przeliczeniu na jednostkę objętości. Należy zwrócić również uwagę, że wartość opałowa w odniesieniu do masy, również wzrasta. Spowodowane jest to dalszym spadkiem wilgotności surowca w trakcie peletowania lub brykietowania.

1. Charakterystyka biomasy płynnej (biopaliw ciekłych)

Najpopularniejszą formą płynnej biomasy jest tzw biodiesel, czyli paliwo do samochodów. Paliwo to produkuje się najczęściej z oleju rzepakowego. Główną jego zaletą jest fakt, że nie zanieczyszcza powietrza tak jak zwykłe paliwa samochodowe. Biodiesla nie można stosować zimą, przy ujemnych temperaturach. Jest to główna wada tego paliwa.

1. Charakterystyka biomasy gazowej (biopaliw gazowych)

Biomasa w stanie gazowym to biogaz. Biogaz często powstaje naturalnie na torfowiskach w warstwie mułu, po zalaniu upraw przez wody powodzi. Bardzo dużo biogazu powstaje na wysypiskach śmieci. Ludzie wolą jednak wytwarzać biogaz w sposób kontrolowany w biogazowniach czyli fabrykach produkujących biogaz. Tutaj proces jego powstawania jest kontrolowany. Biogaz można spalać i ogrzewać domy, można na nim gotować lub zasilać nim samochody. Oprócz wysypisk biogaz można uzyskać z produkcji rolniczej ( np. obornik) lub z odpadów niektórych roślin. Powstały biogaz można wykorzystać na kilka sposobów. Przede wszystkim można spalić, aby wytworzyć ciepło. Można go też specjalnie oczyścić. Aby nadawał się do zasilania samochodów na gaz. Biogaz może służyć do produkcji chemikaliów. 

1. Ciepło spalania a wartość opałowa 

Ciepło spalania oznacza ilość ciepła, która wydziela się podczas procesu spalania. Podawana wartość parametru uwzględnia ciepło kondensacji pary wodnej, a więc produktu spalania, który z założenia nie będzie uwalniany do otoczenia. Wyznaczenie ciepła spalania następuje w warunkach idealnych, a więc zakłada spalanie całkowite i zupełne. Oznacza to, że spalony zostanie cały opał, a w spalinach nie pojawią się substancje palne. 

Wartość opałowa oznacza tą samą ilość ciepła, która wydziela się podczas całkowitego spalania natomiast nie uwzględnia ciepła, jakie można uzyskać z kondensacji pary wodnej, jak i spalin.

Współczynnik ciepła spalania przewyższa wartość opałową. Im większa różnica pomiędzy nimi, tym więcej ciepła można uzyskać dodatkowo ze skraplania pary wodnej. 

1. Drewno jako paliwo. Pod jakimi postaciami występuję i od czego zależy jego wartość opałowa? 

2. Wymagania biomasy do produkcji peletów. 

Poddawana procesom peletyzacji biomasa, powinna cechować się następującymi właściwościami:

• brakiem zanieczyszczeń mechanicznych - (najczęściej są nimi: piasek i kamienie),których obecność w surowcu pogarsza jakość peletów i zagraża działaniu urządzeń linii produkcyjnej,

• określoną wilgotnością (12-14%) - z tego powodu, materiał przeznaczony do peletyzacji/brykietowania musi być wcześniej sezonowany, a następnie suszony lub nawilgocony,

• odpowiednim rozdrobnieniem - skład granulometryczny materiału powinien zapewnić maksymalne wypełnienie pustych przestrzeni międzyziarnowych, lepsze rozdrobnienie zwiększa powierzchnię zewnętrzną zapewniając lepsze sprasowanie.

1. Omówienie procesu peletowania 

Technologia produkcji peletów składa się z kilku etapów:
1.    Rozdrabniania wstępnego, polegającego na rozdrobnieniu biosurowca do wielkości frakcji około 25 mm
2.    Suszenia - o ile wilgotność surowca przekracza 15%.
3.    Oczyszczania , czyli usunięcia materiałów mogących zaszkodzić urządzeniom technologicznym, np. metali, piasku - stosowane są magnesy i sita- jest to proces szczególnie ważny przy produkcji peletów. W produkcji brykietów, często w niewielkich instalacjach, jest on pomijany.
4.    Mielenia, podczas którego  ujednolicana i dodatkowo rozdrabniana jest frakcja dostarczonych trocin, zrębków i wiór- uzyskiwana jest frakcji pyłu o wielkości 4-5 mm.
5.    Granulowania - przed formowaniem do materiału dostarczana jest para wodna (w ilości 1-2%), która ogrzewa materiał do ok. 700C, powodując uwalnianie lignin, które poprawiają łączenie cząstek drewna (w urządzeniach o niewielkiej mocy przerobowej ten proces nie występuje). Tak przygotowany materiał jest transportowany do prasy, gdzie jest on granulowany. Granulacja polega na wciskaniu przez prasę materiału w matrycę.
6.    Chłodzenia - proces chłodzenia zmniejsza temperaturę peletów do temperatury pokojowej. Proces ten zwiększa ich trwałość oraz obniża pylenie podczas przechowywania i transportu.
7.    Usuwania pyłów - wyprodukowane pelety trafiają na sita, gdzie jest odseparowana najdrobniejsza frakcja, która jest poddana ponownej obróbce.

Pelety są pakowane w worki (przeważnie o pojemnościach 20-40kg) lub w tzw. „big bagi”, w których mieści się ich 1000 kg. W przypadku ciepłowni średnich i dużych mocy opał dostarczany jest luzem cysternami (stosowany jest wtedy wyładunek pneumatyczny do magazynu) lub wywrotkami ( jeśli jest możliwy wyładunek mechaniczny do magazynu opału). 

1. Zalety granulacji biomasy 

Produkowany jest w 100% z naturalnych składników, takich jak, słoma  zbóż, słoma rzepaku, rośliny energetyczne, przy zastosowaniu pras o bardzo dużym ciśnieniu zgniatania. Dzięki temu energia zawarta w pierwotnym surowcu zostaje silnie zagęszczona, dając paliwo o bardzo dobrych własnościach energetycznych, kaloryczne, zawierające minimalne ilości popiołu. Podczas spalania pelletu z biomasy mamy do czynienia z tzw. "zerową emisją CO2 ".

 

Wiąże się to z faktem, że roślina w trakcie wzrostu pochłonie tyle dwutlenku węgla, ile uwolniło się do otoczenia w trakcie jej spalania.

Popiół ze spalenia pelletu można używać jako nawóz mineralny, ze względu na wysoką zawartość pierwiastków ważnych dla wzrostu roślin. Jednocześnie znikoma jest  zawartość w popiele węgla i pierwiastków ciężkich. Słoma zbóż, kukurydzy i rzepaku jest plonem ubocznym produkcji rolniczej.

Niewątpliwą zaletą słomy w stosunku do węgla jest jej zerowa emisja CO2. Podczas spalania słomy ilość CO2 oddanego do atmosfery bilansuje się z jego asymilacją przez rośliny w następnym roku wegetacji. Do niedawna słoma przeznaczana była w dużej mierze na ściółkę i paszę dla zwierząt.

1. Kotły małej mocy na paliwa stałe z biomasy, rodzaje i zasada działania. 
   

2. Fermentacja beztlenowa i produkcja biogazu 

Biogaz produkowany jest z biomasy w procesie fermentacji anaerobowej (beztlenowej). Jak sama nazwa wskazuje, proces ten zachodzi w środowisku pozbawionym tlenu. Substancje organiczne zawarte w substratach są przetwarzane przez bakterie beztlenowe na biogaz.

1. Czynniki mające wpływ na proces fermentacji 
   1) czas fermentacji;
   2) stężenie substancji organicznych w fermentowanej masie;
   3) sposób dozowania biomasy;
   4) sposób mieszania biomasy;
   5) obecność i proporcje składników mineralnych tj: azot, fosfor i potas;
   6) obecność czynników przyspieszających;
   7) obecność czynników toksycznych. 

2. Charakterystyka elementów ciągu technologicznego produkcji biogazu. Zasada działania biogazowni. 

Biogazownia składa się z następujących elementów:
•    Zbiornika odpadów przeznaczonych na wsad do biogazowi, którym substancja organiczna jest rozdrabniana i ujednolicana
•    Fermentora, który jest szczelnym zbiornikiem, w którym bez udziału tlenu i w odpowiedniej temperaturze (zazwyczaj wynoszącej około 40°C) jest produkowany biogaz
•    Zbiornika substancji przefermentowanej- w którym dofermentowuje pozostała po właściwej fermentacji substancja organiczna
•    Zbiornika biogazu, najczęściej znajdującego się nad komora fermentacyjną
•    Układu oczyszczania biogazu
•    Agregatu ko generacyjnego, w którym spalany jest biogaz w celu produkcji energii elektrycznej i cieplnej
Biogaz jest mieszaniną gazów, w której dominują metan i dwutlenek węgla. 

Zbiornik wstępny służy do gromadzenia i homogenizacji substratów płynnych, takich jak gnojowica wieprzowa, gnojowica bydlęca lub wycieki z kiszonki.
Układ dozowania służy do podawania do biogazowni stałych substratów, jak np. surowce odtwarzalne oraz stały obornik.
W zbiorniku fermentacyjnym (fermentorze) ma miejsce proces fermentacji substratu. Zbiornik fermentacyjny jest ogrzewany, izolowany, pokryty obudową odporną na warunki atmosferyczne i wyposażony w kilka układów mieszadeł oraz samonośny dach pneumatyczny do magazynowania biogazu.
Zbiornik pozostałości pofermentacyjnej służy do składowania odgazowanej pozostałości pofermentacyjnej. Dla optymalizacji zarządzania gazem oraz uzyskania największej pojemności magazynowej na gaz zbiornik ten można także wyposażyć w samonośny dach pneumatyczny.
Energia elektryczna czy biometan: Wytworzony biogaz można uszlachetnić na różne sposoby. W przypadku wytwarzania energii elektrycznej w układzie kogeneracyjnym z silnikiem spalinowym na gaz obok energii elektrycznej można również wykorzystać rozsądnie energię cieplną silnika spalinowego w sieciach ciepłowniczych z bliska i z dala czynnych. Alternatywnie biogaz można po odpowiednim uzdatnieniu jako biometan wprowadzić do sieci gazu ziemnego i wykorzystać we wszystkich obszarach zastosowania gazu, nawet jako paliwo napędowe do samochodów osobowych, ciężarowych i autobusów.

1. Zalety i wady produkcji energii w biogazowniach rolniczych 

Biogazownia posiada wiele zalet, spośród których można wymienić między innymi:

• produkcja biogazu ze źródeł odnawialnych, w sposób przyjazny dla środowiska,

• redukcja emisji metanu, metan powstający w czasie niekontrolowanej fermentacji po dostaniu się do atmosfery jest 21 razy bardziej szkodliwy niż CO2, z uwagi na efekt cieplarniany,

• uporządkowanie gospodarki gnojowicą i obornikiem w gospodarstwach rolnych,

• bezpieczny sposób pozbywania się odpadów roślinnych i zwierzęcych - redukcja powierzchni składowisk, ograniczenie innych metod unieszkodliwiania,

• aktywizacja lokalnego rynku rolnego, możliwość dodatkowego dochodu dla przedsiębiorstw rolnych, podniesienie opłacalności produkcji rolnej,

• zwiększenie areału upraw roślin energetycznych,

• wykorzystanie do uprawy gleb ornych o słabej jakości

• możliwość wykorzystania wielu surowców, jako substratu,

• proces produkcji biogazu opiera się wyłącznie na przemianach biochemicznych, nie wymaga użycia substancji chemicznych, stanowiących zagrożenie dla środowiska,

• specyfika procesu wymaga, aby był on hermetyczny - minimalizuję to do zera emisję odorów z komór fermentacyjnych,

• inwestycja w budowę biogazowni może być korzystna z ekonomicznego punktu widzenia,

• dywersyfikacja źródeł energii, krok w kierunku samowystarczalności energetycznej i uniezależnienia się od paliw kopalnych.
  
  Budowa biogazowni wiąże się również z zagrożeniami i wadami, takimi jak:

• wysokie nakłady inwestycyjne,

• konieczność ciągłego dostępu do substratów,

• w celu zachowania prawidłowego przebiegu procesu fermentacji konieczny jest stały nadzór i kontrola,

• niepewny, w długoterminowej perspektywie, system wsparcia w postaci świadectw pochodzenia,

• bariery prawne oraz skomplikowane procedury,

• zły stan infrastruktury energetycznej często uniemożliwia przyłączenie instalacji do sieci; sieć gazowa na terenach wiejskich jest bardzo słabo rozwinięta,

• istnieje możliwość uciążliwości zapachowych, związanych z przyjęciem substratów - zazwyczaj ograniczają się jednak do najbliższego sąsiedztwa instalacji,

• wraz ze wzrostem mocy biogazowni rośnie zapotrzebowanie na substraty, może się to wiązać z trudnościami logistycznymi,

• ryzyko zwiększenia powierzchni upraw monokulturowych,

• budowa biogazowni wiąże z ryzykiem związanym ze zmianami cen surowców oraz cen energii elektrycznej

1. Lokalizacja biogazowni. 

Wiele przykładów istniejących biogazowni pokazuje, że dobra lokalizacja to klucz do powodzenia i opłacalności inwestycji. Na jej jakość wpływa kilka czynników, które należy brać pod uwagę. Bardzo ważne są aspekty prawne, gdyż nie na każdym terenie można ulokować tego typu budowlę. Dużo zależy od warunków środowiskowych, społecznych, a także ekonomicznych, z których wynika, że biogazownia powinna znajdować się blisko miejsca występowania surowca, a jednocześnie jak najdalej siedlisk mieszkalnych i obszarów chronionego krajobrazu. 

Aby właściwie wybrać miejsce budowy, należy dokładnie określić, gdzie oraz w jakiej ilości występują niezbędne do produkcji surowce. W przypadku biogazowni rolniczej będą nimi przede wszystkim odpady z produkcji rolnej i przemysłu rolno-spożywczego, a także uprawiane celowo rośliny energetyczne.

Dla każdej potencjalnej lokalizacji należy wyznaczyć ilość tonokilometrów, biorąc pod uwagę potencjał produkcji surowca w gospodarstwie/przedsiębiorstwie, odległość producenta od biogazowni, pojemność środków transportowych oraz nasze zapotrzebowanie. Generalnie przyjmuje się, że opłacalność dowozu biomasy występuje w promieniu do 30 km.

Kolejnym kryterium, decydującym o przydatności danej lokalizacji pod inwestycje biogazową, są jej warunki infrastrukturalne. Do najważniejszych z nich należy odległości od głównego punktu zasilającego (GPZ) lub gazociągu i możliwość przyłączenia do sieci. W celu zdobycia pewnych informacji, najlepiej udać się do regionalnego zakładu energetycznego i operatora gazowego i złożyć wniosek o wydanie warunków przyłączenia. Może zdarzyć się tak, że GPZ znajduje się bardzo daleko. Wówczas inwestor zmuszony jest do budowy linii energetycznej na własny koszt. Jest to wydatek rzędu kilkudziesięciu tysięcy złotych za każdy kilometr, co najczęściej okazuje się nieopłacalne i wymusza konieczność zmiany miejsca inwestycji. Infrastruktura to także drogi i zjazdy z tych dróg. Rozważając wybór danej działki, należy zwrócić uwagę na to, czy ma ona dostęp do drogi publicznej oraz w jakim stanie jest ta droga. Nie wykluczone, że powstanie konieczność budowy drogi dojazdowej.

Warto również zadbać o zapewnienie odbioru wytworzonego ciepła, które często występuje w nadmiarze, szczególnie w okresie letnim. Idealnym rozwiązaniem pod tym względem jest usytuowanie biogazowni w pobliżu dużych zakładów produkcyjnych np. mleczarni lub suszarni drewna.

1. Charakterystyka systemu CHP 
   

2. Rodzaje konwersji biomasy i jej produkty 

Sposoby Konwersji Biomasy

• Suszenie - Proces suszenia biomasy pomaga w pozbyciu się wody zawartej w materiale przez co rozwiązuje częściowo problemy składowania i magazynowania biomasy, między innymi: rozpadu materiału

(utrata masy suchej i energii pleśnienia), procesy pleśnienia, który może powodować zagrożenie dla zdrowia i alergie, zagrożenie związane z samozapłonem, procesy mikrobiologiczne powodujące emisje a w konsekwencji obniżenie wartości opałowej. Suszenie biomasy pomaga rozwiązać problemy związane ze składowaniem zbyt wilgotnego materiału takie jak: pleśnienie, zagrzewanie (zagrożenie zapłonem), rozpad materiałowy, procesy mikrobiologiczne powodujące emisje, obniżenie wartości opałowej. Woda znajdująca się w biomasie musi zostać odparowana w palenisku aby mogło dojść do procesu spalenia.

• Rozdrabnianie - Rozdrabnianie biomasy poprzez mielenie lub cięcie jest podstawowym i często stosowanym sposobem obróbki wstępnej. Rozdrabnianie stosuje się zazwyczaj przed transportem biomasy aby zwiększyć jej gęstość nasypową oraz aby obniżyć koszty transportu. Niestety magazynowanie rozdrobnionej biomasy może mieć negatywne skutki ze względu na podwyższoną aktywność mikrobiologiczną materiału, która skutkuje utratą suchej masy, emisjami gazów cieplarnianych (CH4, N2O) i nagrzewaniem się hałdy, co w skrajnych wypadkach może prowadzić do samozapłonu.

• Płukanie biomasy – Płukanie biomasy to proces wstępnej obróbki biomasy, podczas którego dochodzi do usuwania związków alkaicznych. Płukanie zazwyczaj może być przeprowadzone przy użyciu zwykłej wody. W wyniku płukania obniżona jest aktywność korozyjna biomasy, procesy formowania osadów w złożu, co ostatecznie przyczynia się do mniejszego zużywanie kotłów i urządzeń grzewczych.

• Peletyzacja i brykietowanie - jest procesem zagęszczania paliwa do postaci tzw. biopaliwa celem zbliżenia jego właściwości do właściwości węgla. Zagęszczeniu ulegają biomasy typu stałego takie jak: trociny, słoma, ziarna, łuski, wióry, zrębki. Ten rodzaj obróbki biomasy zwiększa jej gęstość energetyczną, powoduje ujednolicenie rozmiarów i kształtów a także obniża zawartość wilgoci co sprawia iż tego typu przetworzone biomasa jest podstawowym biopaliwem dla energetyki zawodowej.

• Toryfikacja - (karbonizacja biomasy). Toryfikacja biomasy to inaczej proces wysokotemperaturowego

suszenia biomasy celem, którego jest przetworzenie biomasy w biopaliwo o właściwościach bardziej zbliżonych do węgla. Toryfikacja to inaczej proces karbonizacji termo-chemicznej, który jest przeprowadzany w warunkach beztlenowych, w temperaturze około 200 do 300ºC, w warunkach bliskich

ciśnieniu atmosferycznemu

• Peletyzacja z toryfikacją biomasy - Pelet utworzony z toryfikatu odznacza się wysoką gęstością energetyczną, jest odporny na chłonięcie wilgoci oraz nie wymagają specjalnej infrastruktury do składowania i magazynowania tak jak w przypadku zwykłego peletu. Tylko połączenie peletyzacji biomasy z procesem taryfikacji daje dobre rokowania na przyszłości dla biomasy, która mogła by się stać substytutem paliwowym dla węgla.

• Piroliza - Piroliza biomasy jest to pierwszy z etapów procesu spalania, piroliza to inaczej mówiąc rozszczepiania cząsteczek związków chemicznych o dużej masie cząsteczkowej pod wpływem dostarczanej

energii cieplnej na małe cząsteczki w atmosferze zredukowanej (przy niedoborze tlenu) jaki jest prowadzony w temperaturze przekraczającej 600 ºC. Wśród różnego rodzaju pirolizy charakteryzując ją ze względu na różne warunki jej przebiegu na pirolizę konwencjonalną, szybką oraz błyskawiczną. Podstawowymi produktami pirolizy jest biopaliwo, które w ciekłym stanie skupienia nazywanej olejem pirolitycznym bądź

bioolejem, które są kompleksową formą węglowodorów utlenionych.

• Hydroliza

1. Porównanie procesów spalania, zgazowania i pirolizy 
   

2. Proces pirolizy-charakterystyka, parametry, różnice miedzy pirolizą wolna i szybką 

Piroliza biomasy jest to pierwszy z etapów procesu spalania, piroliza to inaczej mówiąc rozszczepiania cząsteczek związków chemicznych o dużej masie cząsteczkowej pod wpływem dostarczanej

energii cieplnej na małe cząsteczki w atmosferze zredukowanej (przy niedoborze tlenu) jaki jest prowadzony w temperaturze przekraczającej 600 ºC. Wśród różnego rodzaju pirolizy charakteryzując ją ze względu na różne warunki jej przebiegu na pirolizę konwencjonalną, szybką oraz błyskawiczną. Podstawowymi produktami pirolizy jest biopaliwo, które w ciekłym stanie skupienia nazywanej olejem pirolitycznym bądź bioolejem, które są kompleksową formą węglowodorów utlenionych.

Piroliza wolna

W wolnej pirolizie substancja organiczna ogrzewana jest do temperatury ok. 500C z szybkością

od kilku do kilkudziesięciu stopni na minutę. Lotne produkty procesu wydzielają się stopniowo co

powoduje, że składniki gazów reagują z innymi składnikami stałej pozostałości, czy oleju

pirolitycznego. Powstałe pary są w sposób ciągły odprowadzane i formowane do oleju. Proces pirolizy

może trwać kilka minut lub nawet kilkanaście godzin.

Piroliza szybka

W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie szybką pirolizą biomasy, ponieważ jest ona

najbardziej optymalnym procesem otrzymywania bio-oleju. Najważniejszymi cechami

przemawiającymi za wykorzystaniem szybkiej pirolizy do produkcji bio-oleju z biomasy są :

• krótki czas reakcji,

• możliwośd szybkiego chłodzenia par dające duże wydajności produktów płynnych,

• możliwośd starannego i precyzyjnego doboru warunków temperaturowych reakcji.

Podstawowe właściwości szybkiej pirolizy to:

• bardzo szybkie ogrzewanie (ok. 100/s);

• temperatura reakcji 425-500C;

• krótki czas procesu;

• szybkie schładzanie lotnych produktów do bio-oleju.

W wyniku szybkiej pirolizy substancja organiczna rozkłada się do par, aerozoli i stałej

pozostałości. Pary i aerozole po ochłodzeniu i kondensacji tworzą ciemno-brązową ciecz. W

zależności od rodzaju użytego wsadu, powstaje 60-70% mas. ciekłego bio-oleju, 15-25% mas. stałej

pozostałości i 10-20% nie skroplonych gazów. Szybkie ogrzewanie i szybkie chłodzenie powoduje

powstawanie z wysokocząsteczkowych gazów podstawowego produktu: bio-oleju. W wyższej

temperaturze głównym produktem jest gaz. Krótki czas reakcji minimalizuje tworzenie stałej

pozostałości. Wytwarzany w szybkiej pirolizie olej stanowi produkt przeznaczony do dalszej

przeróbki, a stała pozostałośd i gazy są zawracane do procesu i wykorzystywane jako paliwo

1. Proces zgazowania- charakterystyka, etapy procesu, parametry 

Terminem "zgazowania" substancji stałej, zawierającej w swoim składzie atomy węgla, nazywa się cykl przemian z udziałem tlenu, dwutlenku węgla oraz pary wodnej, prowadzący do wytworzenia gazu syntezowego, składającego się głównie z tlenku węgla oraz wodoru i metanu. Obejmuje on następujące trzy etapy: 

Suszenie:
Gdy wilgotna biomasa wpada do zgazowarki, gdzie panuje wysoka temperatura, w pierwszej kolejności dochodzi do procesu odparowania wody. Typowa zawartość wilgoci świeżo ściętego drewna zawiera się pomiędzy 30 – 60 [%], dla niektórych biomas może przekraczać nawet 90 [%]. Każdy kilogram wilgoci pobiera przynajmniej 2260 [kJ] dodatkowej energii na przemianę fazową, energia ta nie zostanie w żaden sposób odzyskana. W związku z tymi stratami warto jest prowadzić proces dla możliwie suchego materiału (tj. gdy jej wilgoć zawiera się w przedziale 10 – 20 [%]).
Wyzwolona para wodna reaguje potem w fazie zgazowania z węglem, przetwarzając go do tlenku węgla i wodoru.
Piroliza:
w temperaturach 250-750 °C przebiega termiczny kraking (piroliza) do gazu zawierającego CO, H2, CH4 i CO2 z parą wodną oraz oparami aromatów (benzen, toluen, ksyleny itp.), do smółek i olejów oraz do węgla drzewnego i składników mineralnych.
Zgazowanie: 
w tej fazie, wymagającej temperatury powyżej 750 °C, przebiega szereg reakcji endotermicznych przy niedomiarze tlenu oraz częściowo z udziałem pary wodnej, a nawet z CO2, które ciekłe i stałe surowce pirolizy przemieniają głównie do tlenku węgla i wodoru, a częściowo nawet do metanu.

Sprawność procesu określa się stosunkiem energii chemicznej wytworzonego gazu syntezowego do energii chemicznej surowca. W praktyce sprawność ta osiąga wartość w granicach 98% w zależności od stosowanej technologii, zawilgocenia surowca oraz wielkości instalacji. Po zgazowani gaz zostaje spalony w komorze spalania i kierowany jest do kotła odzysknicowego gdzie następuje produkcja ciepłej wody lub pary. Następnie wychłodzony gaz zostaję skierowany do instalacji filtracyjnej gdzie następuje jego oczyszczenie do poziomu wymaganego przez odpowiednie przepisy. Jakość emitowanych spalin będzie podlegała ciągłemu pomiarowi.

Temperatura procesu zgazowania waha się w granicach od 400-850 °C. Temperatura w komorze spalania osiąga poziom powyżej 900 °C co i gwaranuje czas przebywania gazów spalinowych w temperaturze powyżej 850 °C przez minimum 2 sekundy.