1.Bezpieczeństwo energetycznej
Bezpieczeństwo energetyczne jest to stan gospodarki umożliwiający pokrycie bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na paliwa i energię w sposób technicznie i ekonomicznie uzasadniony, przy zachowaniu wymagań ochrony środowiska.
Obejmują trzy główne aspekty przedmiotowe bezpieczeństwa:
- energetyczny,
- ekonomiczny (rynkowy),
- ekologiczny.
Aspekt energetyczny obejmuje bilansowanie strony popytowej i podażowej oraz zagadnienia techniczne związane z infrastrukturą techniczną i jej zarządzaniem.
Aspekt ekonomiczny (rynkowy) bezpieczeństwa sprowadza się przede wszystkim do zapewnienia akceptowanej przez odbiorców końcowych ceny użytecznych nośników energii, określonych
w umowach cywilnoprawnych lub w taryfach.
Aspekt ekologiczny bezpieczeństwa wiąże się z troską o zachowanie w należytym stanie środowiska naturalnego dla przyszłych pokoleń i wymaga wypełnienia odpowiednich standardów i zobowiązań ekologicznych oraz innych związanych, jak rozwój odnawialnych i skojarzonych źródeł energii oraz nowych „czystych" technologii wytwarzania.
2 Zasoby odnawialnych źródeł energii
Energetykę wodna możemy wykorzystać na dwa sposoby - w rzekach i w oceanach. W rzekach będziemy wykorzystywali różnice poziomów a także przepływy, zaś w oceanach fale i prądy morskie.
Najłatwiej jest wykorzystać turbiny wodne. Turbinę taką zanurza się w strumieniu wody posiadającym pewną energię, która z kolei jest przekładana na łopaty turbiny. Zaczyna się ona kręcić, co powoduje wytworzenie energii, elektrycznej.
Energia wiatrowa
Jak wiadomo jednak nie wszystkie miejsca są odpowiednie do stawiania turbin wiatrowych. Szacuje się, że dla wydajnej pracy wystarczy potencjał 40TW. W Polsce takimi miejscami mogłyby się stać głównie tereny nadmorskie, gdzie wiatr pochodzi prosto znad wód morskich, gdzie jego wydajność wynosi około 20TW.
Jakie korzyści? Z danych wynika, że wyprodukowanie lkWh elektryczności z turbin wiatrowych pozwala uniknąć emisji około 6 gramów SO2, nieco ponad 4 g N0x, 700 g dwutlenku węgla i prawie 50 gramów pyłów.
Energię słoneczną możemy wykorzystać w różnoraki sposób, zależnie od technologii, jaką przyjmiemy za użyteczną. Obecnie główne nurty prowadzą nas w kierunku wytwarzania ciepła a także energii elektrycznej. Wykorzystanie promieni słonecznych do ogrzewania jest już powszechnie znana i coraz częściej staje się konkurencyjna w stosunku do ogrzewania tradycyjnego.
W obecnym Świecie do takich technologii wiodących możemy zaliczyć:
Kolektory słoneczne
Diody cieplne, helielektrownie
Fotoogniwa
Energetyka geotermalna przynosi naszemu środowisku wiele korzyści ekologicznych. Przede wszystkim jej wykorzystanie wpływa znacząco na ograniczenie emisji tlenków węgla siarki i azotu do atmosfery. Co więcej uruchomienie kolejnych zakładów geotermalnych umożliwia ograniczenie zużycia paliw kopalnych np. węgla. Zasoby geotermalne są zarówno w Polsce, jak i na Świecie na tyle duże, że warto bardzo poważnie zastanowić się nad wykorzystaniem tego źródła na szeroką skalę.
ENERGETYKA WODOROWA
Wodór, to z całą pewnością paliwo przyszłości
Wodór można otrzymywać wieloma metodami, jednak najczęściej na skalę przemysłową stosuje się jedynie kilka z nich.
1. Metoda Boscha - która polega na rozkładzie pary wodnej w temp. 1200 stopni. C+H2O=CO+H2 CO+H2+H2O=CO2+2H2
2. Rozkład gazu ziemnego wodą.
CH4+H2O=CO+3H2
3. Reforming - zwiększanie liczby oktanowej benzyny w procesie dehydrogenacji węglowodorów nasyconych.
C6H12=C6H6+3H2
4 Elektrolityczny rozkład wody
Biomasa jest najmniej kapitałochłonnym OZE. Właściwie rzecz biorąc można stwierdzić, że jej produkcja może przebiegać samoistnie np. w lasach. Jednak aby zintensyfikować cały proces należy wziąć pod uwagę dodatkowe koszty związane z przyspieszaniem procesu produkcji (np. nawożenie gleb, walka ze szkodnikami i ochrona roślin).
Biomasa jest produktem reakcji fotosyntezy, która przebiega pod wpływem promieniowania słonecznego (hv).
Drewno odpadowe Słomę
Plony z plantacji energetycznych
Odpady organiczne Biopaliwa płynne Biogaz Drewno kawałkowe Pelety (granulat) Brykiet drzewny Kora Zrębki drzewne Wióry Trociny
GAZYFIKACJA
Podobnie jak spalanie, gazyfikacja jest zachodzącym w wysokiej temperaturze procesem konwersji termochemicznej, z tą jednak różnicą, że jej produktem nie jest ciepło, lecz gaz, który dopiero po spaleniu dostarcza energii cieplnej. Poza wytwarzaniem ciepła, gaz ten może być wykorzystywany także w kuchenkach gazowych oraz w turbinach, służących do produkcji elektryczności i maszynach, wykonujących pracę mechaniczną.
BIOGAZ - powstaje w procesie beztlenowej fermentacji odpadów organicznych, podczas której substancje organiczne rozkładane są przez bakterie na związki proste. W procesie fermentacji beztlenowej do 60% substancji organicznej zamienianej jest w biogaz. Biogaz wykorzystywany do celów energetycznych powstaje w wyniku fermentacji
3 Pojęcia biomasa biopaliwa
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.
4 Biomasa klasyfikacja sposoby konwersji biomasy
Biomasa w zależności od stopnia przetworzenia:
1 surowce energetyczne pierwotne
(drewno, słoma, rośliny energetyczne)
2 surowce energetyczne wtórne
(gnojowica, odpady organiczne, osady ściekowe)
3 surowce energetyczne przetworzone (biogaz, bioetanol, biometanol)
Biomasa w zależności od kierunku pochodzenia:
1 biomasa pochodzenia leśnego 2 biomasa pochodzenia rolnego 3 odpady organiczne
Spalanie biomasy jest najstarszym i najbardziej prostym sposobem wykorzystywania energii w niej zawartej, często także uważanym za sposób najbardziej ekonomiczny. Spalanie biomasy w tradycyjnych kotłach co. wymaga zmniejszenia jej wilgotności poniżej 15%.
Podczas spalania czystej biomasy powstają małe ilości popiołu (0,5-12,5%), który nie zawiera szkodliwych substancji i może być wykorzystany jako nawóz mineralny. Wyższe zawartości popiołu świadczą o zanieczyszczeniu surowca.
W procesie spalania generuje się aż 90 % energii
Piroliza jest procesem termochemicznym przemiany biomasy w ciecz tzw. bioolej lub olej pirolityczny, poprzez ogrzanie biomasy do temperatury 200-600°C przy bardzo małym dostępnie tlenu.
Gazyfikacja
Gazyfikacja jest formą pirolizy przeprowadzanej w stosunkowo wysokiej temperaturze (1200 do 1400 oC) w warunkach ograniczonego dostępu powietrza bądź tlenu, w celu optymalizacji wydajności otrzymywanych składników gazowych - CO, H2, CH4, CO2 i N2.
Jest najnowocześniejszą i najefektywniejszą generacją procesów konwersji energii biomasy. Otrzymuje się stosunkowo małe ilości pozostałości stałych (węgiel drzewny) i popiołu.
Procesy biochemiczne
Niektóre formy biomasy zawierają zbyt dużo wody, by można było skutecznie poddawać je spalaniu. Ich wykorzystanie na cele energetyczne jest jednak możliwe dzięki procesom biochemicznym, na przykład fermentacji metanowej i alkoholowej.
KOGENERACJA
Kogeneracja, czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej, powoduje mniejsze zużycie paliwa i mniejszą emisję substancji szkodliwych niż proces oddzielnej produkcji elektryczności i ciepła.
WSPÓŁSPALANIE biomasy jest atrakcyjne ze względu na relatywnie niskie koszty produkcji energii cieplnej czy elektrycznej oraz niewielką emisję w porównaniu z innymi konwencjonalnymi źródłami energii. Współspalanie węgla z biomasą jest również popierane przez obecny stan prawny w Polsce ze względu na niskie emisje tlenków siarki, tlenków azotu, pyłów i popiołów.
Zagęszczanie biomasy
Stosowane w przemyśle technologie przetwarzania rozdrobnionych materiałów pochodzenia roślinnego, poprzez ich scalanie w procesie ciśnieniowej aglomeracji, są zróżnicowane ze względu na przeznaczenie wytworzonego produktu.
Najczęściej spotykanym, w praktyce przemysłowej, rodzajem ciśnieniowej aglomeracji jest granulowanie i brykietówanie.
5 Biopaliwa drugiej generacji
paliwa „alternatywne” powinny spełniać następujące warunki:
• występować w dostatecznie dużych ilościach;
• cechować się technicznymi i energetycznymi właściwościami determinującymi przydatność do zasilania silników lub urządzeń grzewczych;
• być tanimi w produkcji i sprzedaży;
• stanowić mniejsze zagrożenia dla środowiska niż paliwa dotychczas stosowane;
Wdrażane technologi z zakresu wytwarzania biopaliw drugiej generacji prowadzić mają do otrzymywania takich paliw jak np:
-alkoholu etylowego (BioEtOH)
- węglowodorowych paliw syntetycznych z procesów BtL
Technologia przeróbki materiałów lignocelulozowych na etanol polega na procesie enzymatycznej hydrolizy włókien celulozowych do cukrów prostych glukozy C6 i ksylozy C5 oraz ich dalszej fermentacji do etanolu, w obecności specjalnych drożdży lub innych, genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów (GMO).
6 Biorafinerie
Biorafinerie przetwarzają surowce pochodzące ze źródeł odnawialnych na biopaliwa, a powstałe przy ich przerobie produkty uboczne na wysokowartosciowe produkty, przy jednoczesnej minimalizacji wielkości odpadów, w tym ditlenku węgla.
W biorafinerii z surowców wprowadzonych powinna być otrzymana energia, w różnej dostępnej formie (cieplna, mechaniczna, elektryczna i inne), przy zminimalizowanych ilościach produktów odpadowych. Korzystnym jest fakt nie dostarczania do biorafinerii energii z zewnątrz, a korzystanie z energii wytwarzanej w biorafinerii oraz zbilansowane ilości ditlenku węgla.
Surowce biorafineryjne
Oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce
Rośliny oleiste, tłuszcze zwierzęce, produkty uboczne z przetwórstwa olejów na cele jadalne, a także tłuszcze odpadowe stanowią doskonały surowiec do przetwarzania na bioestry lub biopaliwo węglowodorowe.
7 Kierunki wspomagające rozwój rynku biopaliw w Polsce:
1. Konieczność wprowadzenia wiążących interpretacji prawnych w zakresie rozliczania NCW spójnych między Ministerstwem Gospodarki i Ministerstwem Finansów
2. Wypracowanie przez instytucje odpowiedzialne za realizację programów pomocowych sprawnego procesu wdrożeniowego pomocy finansowej dla przyszłych beneficjentów.
3. Należy jak najszybciej wdrożyć w życie akty wykonawcze
do Wieloletniego Programu Promocji Biopaliw lub Innych Paliw Odnawialnych na lata 2008- 2014.
4. Konieczność wprowadzenia korzystnych rozwiązań dla rolników w kwestii paliwa rolniczego (obecny limit dla ON wynosi 86 litrów/ha), powinno się przyjąć odpowiednie rozwiązania w zakresie stosowania Bioestru przez rolników, obecnie brak zwrotu podatku akcyzowego w przypadku stosowania Bioestru.
5. Konieczność wprowadzenia zielonych certyfikatów dla danego biopaliwa pozyskanego z rodzimych surowców.
6. Istnieje konieczność dopuszczenia wyższych udziałów biokomponentów (np. do 7-10% obj.) w paliwach (E10, B10) bez potrzeby znakowania dystrybutorów, by umożliwić realizację NCW i celów nakładanych przez UE -przykład Francja: B7 od 01.01.2008.
7. Wprowadzenie zmian prawnych w Polsce pozwalających na stosowanie różnych rodzajów biopaliw, w tym biopaliw drugiej generacji i HVO - uwodornione oleje roślinne.
8. Rozwiązania prawne pozwalające stosować biopaliwa E85/E95 (Ministerstwo Gospodarki powinno podać odpowiednią interpretację prawną jak należy klasyfikować biopaliwo E 85, Ministerstwo Finansów powinno podać klasyfikację E85/E95 w zakresie: stawki akcyzy, poziomu zwolnień akcyzowych dla tych produktów.
9. Optymalizacja polskiego przemysłu biopaliwowego pod względem poprawy LCA, np. dla bioetanolu - odejście od węgla kopalnego zużywanego w procesie destylacji itp.
lO.Podjęcie stosownych działań mających na celu wypracowanie na poziomie krajowym najlepszych rozwiązań dla stosowania rodzimych biopaliw w aspekcie redukcji GHG przy jednoczesnym spełnieniu kryteriów UE w tym zakresie.
11. Konieczność upowszechniania tematyki Bio (konferencje, seminaria, współpraca z różnymi organizacjami z obszaru OZE).
12. Konieczność przeznaczenia środków finansowych ze strony Rządu Polskiego na badania w zakresie biopaliw II generacji.
13. Konieczność wdrożenia aktów wykonawczych w zakresie paliw II generacji i biogazu (kwestie podatkowe, wymagania jakościowe).
8.Technologie otrzymywania paliw wodorowych
Wodór można otrzymywać wieloma metodami, jednak najczęściej na skalę przemysłową stosuje się jedynie kilka z nich.
1. Metoda Boscha - która polega na rozkładzie pary wodnej w temp. 1200 stopni. C+H2O=CO+H2 CO+H2+H2O=CO2+2H2
2. Rozkład gazu ziemnego wodą.
CH4+H2O=CO+3H2
3. Reforming - zwiększanie liczby oktanowej benzyny w procesie dehydrogenacji węglowodorów nasyconych.
C6H12=C6H6+3H2
4. Elektrolityczny rozkład wody
Oczywiście te metody to tylko początek długiej drogi w przyszłość, bowiem metod na otrzymywanie wodoru jest dużo więcej. Już teraz mówi się o nowych metodach takich jak choćby otrzymywanie wodoru z energii słonecznej w wydajnie pracujących fotoogniwach, czy np. na gorącej elektrolizie pary wodnej (tzw. metoda Hotelly], czy nawet fotoredukcyjny rozkład enzymatyczny.
Wodór oczywiście może być zastosowany do wielu rzeczy, jednak jest z nim pewien problem. Otóż trzeba go w pewien bezpieczny sposób składować. Metod do przechowywanie wodoru jest kilka, a jako że jest to gaz wybuchowy, na ten element zwraca się szczególną uwagę. Tak więc wodór przechowuje się w postaci sprężonego gazu w zbiornikach wysokociśnieniowych, w postaci skroplonej w zbiornikach termostatowanych, zaabsorbowany w metalach lub w postaci wodorków.
9.Obszary badań - technologie biopaliw
Technologie wytwarzania biopaliwa można podzielić na kilka kategorii. Najbardziej znaczący podział: biopaliwa pierwszej generacji, drugiej generacji oraz trzeciej generacji. Ogólnie biopaliwa pierwszej generacji są wytwarzane ze zbóż (np. pszenica, kukurydza), olei roślinnych (np. olej rzepakowy, palmowy) oraz buraka i trzciny cukrowej. Materiały do produkcji pierwszej generacji biopaliw stanowi pożywienie zwierząt i ludzi. Technologie stosowane do wytworzenia tego rodzaju paliwa są już dobrze rozwinięte. Paliwa drugiej generacji są produkowane z celulozowych surowców, takich jak: łodygi zbóż, drewno oraz inne odpady nie nadające się do spożycia. W ten sposób nie usuwamy pokarmu z łańcucha pokarmowego ludzi i zwierząt. Produkując paliwa drugiej generacji uzyskuje się więcej paliwa na jednostkę agrokultury. Jednakże technologia ta ciągle się rozwija, ponieważ problemem jest rozkład celulozy na prostsze związki. Natomiast trzecią generację biopaliw stanowią paliwa produkowane przy wykorzystaniu alg. Ta technologia jest ciągle na etapie eksperymentalnym.
Najbardziej rozpowszechnione są 2 typy biopaliw: etanol oraz biodiesel.
Pomimo, że dzisiaj znaczącą rolę wśród biopaliw odgrywają: etanol oraz biodiesel istnieją inne typy, mniej popularnych biopaliw. Należą do nich: ETBE (eter etylowotetrbutylowy), biogaz, wodór oraz butan. ETBE nie jest typowym biopaliwem, ponieważ jest produkowany z biodiesel'a oraz izobutylenu, który jest otrzymywany z kopalnianych źródeł. Jednakże ETBE poprawia właściwości benzyny oraz jest bardziej „przyjazny” dla silnika niż etanol. Butanol podobnie jak etanol jest alkoholem. 85% mieszanka butanolu z benzyną może być wykorzystywana w silnikach, w których nie zachodzi konieczność modyfikacji. Butanol może być produkowany ze zbóż, buraków i trzciny cukrowych, jak również z materiałów zawierających celulozę. Kolejnym biopaliwem jest wodór, który może być wytwarzany w reakcji rozkładu odpadów organicznych w warunkach beztlenowych lub w wyniku fermentacji prowadzonej przez bakterie. Ostatnio próbuje się również wykorzystać algi do wytworzenia wodoru. Biogaz z kolei jest mieszaniną zawierającą 65-70% metanu, 30-35% CO2 oraz niewielkie ilości innych gazów. Jest wytwarzany w wyniku beztlenowego rozkładu odpadów organicznych, takich jak: ścieki, obornik, nawozy.
Zastąpienie tradycyjnych paliw kopalnianych biopaliwami niesie ze sobą wiele korzyści. Przede wszystkim biopaliwa są biodegradowalne oraz odnawialne, co pozwoli zredukować wykorzystanie nieodnawialnych źródeł energii. Dodatkowo, biopaliwa emitują do atmosfery mniej szkodliwych substancji, przede wszystkim CO2, w wyniku czego możemy ograniczyć proces globalnego ocieplenia. W przypadku większości typów biopaliw, ich użycie nie jest skomplikowane, ponieważ nie wymaga specjalnych modyfikacji silników.
Główną zaletą biopaliw jest fakt, że są produkowane z biomasy organicznej, jednakże wymaga to upraw na wielką skalę. W konsekwencji może to doprowadzić do zniszczenia wielu ekosystemów naturalnych, takich jak lasy. Wynika to z faktu, że w chwili obecnej nie ma wystarczającej ilości biomasy organicznej. Co więcej, uprawy na tak dużą skalę będą wymagały dużej ilości wody. Może to doprowadzić do pogłębienia się już istniejącego problemu, jakim jest deficyt wody na świecie. Ponadto dużym problemem jest fakt, że wyprodukowanie biopaliwa pochłania więcej energii niż energia, jaką uzyskamy wykorzystując biopaliwo.