sciaha, Oś, tech bio


BIOMASA

Są to wszystkie 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.

Podział biomasy ze względu na:

a)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)

b) w zależności od kierunku pochodzenia:

1biomasa pochodzenia leśnego

2. biomasa pochodzenia rolnego

Źródła biomasy energetycznej:

•Uprawy roślin wieloproduktowych

•Zagospodarowanie odpadów z pielęgnacji lasów, sadów, parków, ogrodów itp.

•Zagospodarowanie odpadów technologicznych przemysłu drzewnego, przetwórczego, rolnictwa, hodowli, odpadów komunalnych itp.

Sposoby przygotowania biomasy:

•Drewno kawałkowe — szczapy

•Brykiety

•Granulat drzewny - pelety

•Ziarno energetyczne

•Zrębki

•Baloty słomy lub siana

•Biogaz

•Biopaliwa płynne

Energię z biomasy można uzyskać w wyniku następujących procesów:

•spalania bezpośredniego,

pirolizy,

•zagęszczania (granulowanie, brykietowanie),

gazyfikacji,

•fermentacji alkoholowej,

•syntezy metanolu,

•wykorzystania olejów roślinnych i ich pochodnych jako paliwa.

W praktyce stosowane jest również:

•wspólspalanie węgla z biomasą,

•kogeneracja (skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej).

Biomasa jest najmniej kapitałochłonnym OZE. Właściwie rzecz biorąc można stwierdzić, że jej produkcja może przebiegać samoistnie (np. w lasach, puszczach, stepach, czy łąkach). 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).

Do celów energetycznych można pozyskać następujące rodzaje biomasy:

Drewno odpadowe

•Słomę

•Plony z plantacji energetycznych

•Odpady organiczne

•Biopaliwa płynne

•Biogaz

•Drewno kawałkowe

•Pelety (granulat)

•Brykiet drzewny

•Kora

•Zrębki drzewne

•Wióry

•Trociny

Sposoby konwersji biomasy na energię

>Spalanie bezpośrednie biomasy

>Piroliza

>Gazyfikacja

Procesy biochemiczne

>Kogeneracja

>współspalanie

>Zagęszczanie biomasy

Spalanie bezpośrednie biomasy

jest najstarszym i najbardziej prostym sposobem wykorzystywania energii w niej zawartej, często także uważanym za sposób najbardziej ekonomiczny. Bardzo duże zróżnicowanie biomasy pod względem budowy chemicznej i cech fizycznych (wahania i niestabilność wilgotności, ilości popiołu, zawartości części lotnych) niejednokrotnie powoduje trudności w przebiegu spalania biomasy jak i ograniczeniu emisji składników będących ubocznymi produktami procesów. Zbyt duża wilgotność paliw z biomasy nie tylko zmniejsza ilość uzyskiwanego ciepła podczas spalania, ale także niekorzystnie wpływa na przebieg procesu spalania (spalanie niecałkowite, zwiększona emisja zanieczyszczeń w spalinach).

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, otrzymywanej na świecie z biomasy, przy czym spalana może być biomasa we wszystkich stanach skupienia.

Możliwości spalania poszczególnych rodzajów biomasy:

•Tradycyjne i specjalnie konstruowane kotły, piece i kominki - drewno, brykiety

•Współczesne kotły z pełną automatyką - granulat drzewny (pelety), ziarno energetyczne.

zrębki, brykiety

Kotły średniej i dużej mocy - zrębki, słoma

Kotły specjalnie projektowane - baloty słomy lub siana

Kotły i agregaty kogeneracyjne - biogaz i biopaliwa płynne

Piroliza

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.

Produkty powstające w procesie szybkiej pyrolizy:

•produkt ciekły - olej pyrolityczny (75%)

•produkt stały - węgiel drzewny (12%)

•mieszanina gazów palnych (13%).

W dopuszczalnym zakresie możliwa jest elastyczność prowadzenia procesu. Poprzez sterowanie parametrami procesowymi lub zastosowanie odpowiedniego typu katalizatora, w zależności od doraźnych potrzeb ekonomicznych na rynku paliwowo-energetycznym, wpływać można na wydajność i selektywność złożonego układu reakcji chemicznych. Jeśli celem pirolizy biomasy jest np. uzyskanie możliwie najwyższej wydajności produktów ciekłych, wymagane są: umiarkowana temperatura, duża szybkość grzania i krótszy czas przebywania uwalnianych gazów. Zwiększenie wydajności procesowej w kierunku produkcji węgla drzewnego osiągane jest poprzez zastosowanie niższej temperatury i małej szybkości grzania. Wydajność produktów gazowych można zwiększyć poprzez zastosowanie wysokiej temperatury, małej szybkości grzania i zwiększenie średniego czasu przebywania gazów Metoda unieszkodliwiania odpadów (biomasy) w wysokotemperaturowym reaktorze pirolitycznym wyróżnia się zaletami:

•uniwersalnością, tzn. możliwością utylizacji różnego rodzaju odpadów (w tym zmieszanych),

brakiem powstawania popiołów, pyłów czy emisji spalin (dwutlenek węgla, związki azotu, sadza, dioksyny itd.) w wyniku procesu HTSV,

•znacznie niższymi kosztami utylizacji w porównaniu do innych technologii spalania,

•od pięciu do dwudziestu razy niższą podażą wsadu niż w konwencjonalnych spalarniach,

•neutralnymi dla środowiska końcowymi produktami utylizacji,

•optymalnym wykorzystaniem energii,

•usuwaniem substancji szkodliwych już w trakcie procesu,

•możliwością tworzenia mniejszych zakładów utylizacji.

W procesie pirolizy jako materiał wsadowy kwalifikują się wszelkie odpady, w tym surowce pochodzenia roślinnego (biomasa). W zależności od przetwarzanego materiału wsadowego uzyskuje się różne produkty. Mogą to być wysokoenergetyczny gaz opałowy (o jakości uzyskiwanej w procesach syntezy) i nierozpuszczalny granulat lub krystality w blokach, które doskonale nadają się do dalszego przerobu na materiały izolacyjne, np. wełnę mineralną, lub do produkcji materiałów budowlanych, ze względu na minimalną zawartość metali ciężkich.

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.

Proces gazyfikacji paliw stałych przebiega dwustopniowo:

•w pierwszej komorze w warunkach niedoboru powietrza oraz stosunkowo niskiej temperaturze (450-800°C) paliwo zostaje odgazowane, w wyniku czego powstaje gaz palny oraz mineralna pozostałość (węgiel drzewny),

w drugim etapie w komorze dopalania w temperaturze około 1000-1200°C i w obecności nadmiaru tlenu następuje spalenie powstałego gazu.

Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka efektywność: podczas gdy małe i średnie urządzenia wykorzystywane do spalania osiągają efektywność rzędu 15-20%, efektywność urządzeń służących do gazyfikacji już teraz wynosi około 35%, a w niedalekiej przyszłości sięgnie 45-50%.

Procesy biochemiczne (3 procesy)

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.

1) FERMENTACJA ALKOHOLOWA to proces rozkładu węglowodanów, zachodzący po dodaniu drożdży do takich surowców, jak zboże, pszenica, winogrona czy buraki cukrowe i zapewnieniu temu materiałowi warunków beztlenowych. Produktem tego rodzaju fermentacji jest alkohol. W procesie fermentacji alkoholowej powstaje najpopularniejsze biopaliwo płynne - bioetanol, stanowiący 90% wszystkich stosowanych biopaliw ciekłych. Bioetanol wykorzystuje się najczęściej w charakterze domieszki do benzyny, stanowiącej od 5 do 10% paliwa, jest on jednak stosowany również jako samodzielne paliwo.

2) ESTRYFIKACJA OLEJU. Polega ona na przemianie oleju zawierającego metanol (rzepakowego, sojowego, gorczycowego itp.) w estry metylowe. Tak powstaje biodiesel, biopaliwo płynne, które podobnie jak etanol może być wykorzystywane bądź samodzielnie, bądź też w charakterze dodatku do paliw tradycyjnych (stanowi wtedy 5-25% mieszanki). Biodiesel to biopaliwo płynne, którego sprzedaż wzrasta obecnie najszybciej.

3)FERMENTACJA METANOWA to następujący przy ograniczonym dostępie tlenu proces rozkładu wielkocząsteczkowych substancji organicznych (głównie węglowodanów, białka, tłuszczów i ich pochodnych) do alkoholi lub niższych kwasów organicznych, a także metanu, dwutlenku węgla i wody.

KOGENERACJA

czyli skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej, powoduje mniejsze zużycie paliwa i mniejszą emisję substancji szkodliwych niż proces oddzielnej produkcji elektryczności i ciepła. W układach skojarzonych wskaźnik wykorzystania energii chemicznej paliwa wynosi aż 80-90%, co jest możliwe dzięki odzyskiwaniu wysokiej jakości ciepła ze spalin. Kogeneracja jest więc korzystna zarówno ze względów termodynamicznych, jak i z ekonomicznego czy ekologicznego punktu widzenia. Produkcję energii w skojarzeniu można stosować wszędzie tam, gdzie równocześnie występuje zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną. Rodzaj zastosowanej technologii zależy przy tym od rodzaju wybranego paliwa: na przykład dla systemów, które w charakterze paliwa wykorzystują słomę, najodpowiedniejsza jest elektrociepłownia z turbiną parową, bądź też - przy mniejszych wartościach mocy elektrycznej — z silnikiem parowym. Podstawowe elementy układu, opartego na słomie to kocioł parowy z podgrzewaczem pary, turbina parowa i generator energii elektrycznej. Rozdrobnione w systemie obróbki wstępnej paliwo podawane jest najpierw do śluzy ogniowej, a następnie podajnikiem ślimakowym na ruszt schodkowy, gdzie następuje spalanie. Para, która podczas spalania powstaje w kotle, jest dostarczana do turbiny parowej. Ostatni element systemu skojarzonego to podłączony do sieci przemysłowej generator.

WSPÓŁSPALANIE

Spalanie lub 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 brykietowanie. Granulowanie jest jedną z form procesu ciśnieniowej aglomeracji, realizowanego za pomocą specjalnych maszyn, w których rozdrobniony materiał roślinny pod działaniem sił zewnętrznych i wewnętrznych ulega zagęszczeniu a otrzymany produkt (granulat, brykiet) otrzymuje określoną, stałą postać geometryczną. Brykietowania - produkt tego procesu - brykiet - różni od granulatu się tylko wymiarami.

Za wykorzystaniem pelet jako paliwa przemawia wiele argumentów praktycznych i środowiskowych:

zapewnienie obiegu w przyrodzie tzw. „węgla neutralnego",

•zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych,

•ograniczenie uzależnienie energetyki od paliw kopalnych takich jak gaz ziemny, węgiel i ropa naftowa,

•ograniczenie częstotliwości czyszczenia urządzeń spalających,

•brak pyłów i gazów wywołujących alergię w spalinach

•łatwość i wygoda użycia pelet jako paliwa,

•łatwość przechowywania i ograniczenie powierzchni przechowywania,

•dobra dostępność surowca do ich produkcji,

•brak odpadów niepożądanych dla środowiska powstających w trakcie produkcji,

•obniżenie kosztów w przemyśle drzewnym poprzez bardzo efektywne zagospodarowanie odpadów,

•możliwość automatyzacji zadawania paliwa do pieca (zadanie użytkownika ogranicza się jedynie do napełnienie co kilka, kilkadziesiąt dni zasobnika z paliwem),

niewrażliwość cen paliwa w postaci pelet od aktualnej sytuacji politycznej (ceny peletu nie podlegają silnym wahaniom, jak ceny ropy czy gazu).

ZASADY ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

Do odnawialnych źródeł energii zalicza się:

Energię wodną (w tym energię fal i prądów morskich),

•Energię wiatrową,

•Energię słoneczną,

•Energię geotermalną,

•Energię drewna odnawialnego,

•Biopaliwo i biogaz,

•Wodór,

•Biomasę.

ENERGETYKA WODNA

W wyniku recesów chemicznych i biochemicznych woda jest w ciągłym ruchu. Napędem tych ruchów jest oczywiście energia słoneczna pochodząca ze Słońca, a także częściowo oddziaływania grawitacyjne. Energia słoneczna ogrzewa wodę, która parując tworzy chmury, z tych zaś tworzą się chmury opadowe, czyli woda wraca z powrotem na Ziemię. W hydrosferze oprócz wymiany ciepła i masy zachodzi również wymiana pędu. Energetykę wodną możemy wykorzystać na dwa sposoby - w rzekach i w oceanach. W rzekach wykorzystuje się różnicę poziomów a także przepływy, zaś w oceanach fale i prądy morskie. Dokładne wytłumaczenie teoretyczne ilości energii jaką możemy otrzymać wymagałoby w tym momencie zastosowania serii wzorków o skomplikowanym wyglądzie. Najłatwiej jest wykorzystać turbiny wodne, które znane są już od dawien dawna. 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. Istnieje pięć rodzajów elektrowni wodnych: przepływowe bez zbiornika, regulacyjne z dużym zbiornikiem, zbiornikowe, kaskadowe i szczytowo-pompowe, której najlepszym przykładem jest elektrownia na górze Żar. Główną wadą energetyki wodnej jest ingerencja w środowisko, a także czasami duże nakłady inwestycyjne.

ENERGETYKA WIATROWA

Energia wiatru jest pochodną energii słonecznej. Powietrze jest ogrzewane przez promieniowanie słońca i konwekcję. Ruch wirowy i siła Coriolisa wpływają na przemieszczanie się mas powietrza. Jak wiadomo jednak nie wszystkie miejsca są odpowiednie do stawiania turbin wiatrowych. W Polsce takimi miejscami mogłyby się stać głównie tereny nadmorskie, gdzie wiatr pochodzi prosto znad wód morskich. Korzyści energetyki wiatrowej: wyprodukowanie lkWh elektryczności z turbin wiatrowych pozwala (w stosunku do energetyki konwencjonalnej) uniknąć emisji około 6 gramów SO2, nieco ponad 4 g N0x, 700 g dwutlenku węgla i prawie 50 gramów pyłów. Szacuje się że do roku 2020 będziemy w Polsce w stanie zmniejszyć ilość emitowanych tlenków azotu, węgla i siarki nawet do 4640 109 g, i to tylko dzięki energetyce wiatrowej.

ENERGETYKA SŁONECZNA

Promieniowanie elektromagnetyczne, szczególnie to posiadające małą długość fali jest promieniowaniem wysokoenergetycznym, jednak jego droga ze Słońca do Ziemi nie odbywa się od tak sobie po prostu. Promieniowanie „wystrzelone z jądra słonecznego napotyka po drodze wiele cząstek elektronów i jąder atomowych. W wyniku tych zderzeń część energii zostaje zaabsorbowana, a osłabione promieniowanie rusza w dalszą drogę. 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. Często jednak potrzeby i pomysły wykorzystanie energii Słońca są daleko ciekawsze, bowiem przetwarzamy ją na inne rodzaje energii. Największy wpływ na mechanizmy przetwarzania energii słonecznej mają technologie, po jakie jesteśmy w stanie sięgnąć. W obecnym Świecie do takich technologii wiodących zalicza się:

Kolektory słoneczne

•Diody cieplne, helielektrownie

•Fotoogniwa

Żeby wytwarzanie energii ze Słońca było procesem wydajnym potrzebna jest dobra lokalizacja. Taką dobrą lokalizację określa jednostka zwana godziną słoneczną, która może być też wyrażana w kWh/m2. W Polsce najwięcej godzin słonecznych notuje się na Wybrzeżu i Warszawie, najmniej zaś na Śląsku Szacuje się że np. w Gdynie można uzyskać prawie 4 i pół tysiąca M]/m2. Wykorzystywanie energii słonecznej ma swoje plusy i minusy. Do zalet należy zaliczyć przede wszystkim wszechobecność, a także darmowość, za to wada jest jedna nie każda lokalizacja jest odpowiednio wydajna.

ENERGETYKA GEOTERMALNA

Energia geotermalna to energia, a właściwie jej nadwyżka w stosunku do energii odpowiadającej średniej temperaturze powierzchni Ziemi. Rzeczywiste wartości energii geotermalnej zmieniają się wraz z kilkoma czynnikami np. wraz z szerokością geograficzną, porą roku itp. Energia geotermalna znana już była od wielu setek lat. Zasoby ciepła geotermalnego są ogromne. Wysokie zasoby energii wewnętrznej Ziemi: samo ciepło docierające na powietrznię którego wartość wynosi 4 xl017kJ, czyli 20 razy tyle co całość prądu elektrycznego przetwarzana w ciągu roku na całej Ziemi. W przypadku źródeł wysokotemperaturowych najkorzystniejsze są napędy turbinowe, które wykorzystują bezpośrednio energię pary wodnej wydobywającej się na powierzchnię Ziemi. Budowane są też tzw. siłownie binarne, z podwójnym obiegiem termodynamicznym, oraz siłownie trójobiegowe (dla źródeł energii wysokociśnieniowych dodatkowo wzbogacanych metanem w geopłynie. Taki metan może być po separacji spalany w silniku wysokoprężnym). Zasoby geotermalne są zarówno w Polsce, jak i na Świecie duże. Najbogatsze złoża znajdują się na Podbeskidziu, a szczególnie w okolicach Suchej Beskidzkiej i Makowa Podhalańskiego. W tamtych rejonach temperatura wody sięga 80 stopni na głębokości zaledwie 2 km.

Ze względu na dostępność źródeł energii geotermalnej możemy ją podzielić na kilka klas:

Zasoby dostępne - zasoby do głębokości 3000m

Zasoby statyczne - zasoby zgromadzone w wodach grawitacyjnych występujących w porach, szczelinach skalnych, zbiornikach danej objętości

Zasoby statyczne wydobywane

•Zasoby dyspozycyjne - ilość energii możliwa do uzyskania w ciągu roku, w danym regionie.

Zasoby eksploatacyjne

Energetyka geotermalna przynosi 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. Energetyka geotermalna nie jest jednak idealna i może przynosić także efekty negatywne. Jedną z głównych wad tego rodzaju energetyki jest emisja siarkowodoru, który zgodnie z prawem musi być pochłonięty przez specjalne instalacje, co znacząco zwiększa koszty budowy elektrowni.

ENERGETYKA WODOROWA

Wodór, to 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

Wodór może być zastosowany do wielu rzeczy, jednak trzeba go w pewien bezpieczny sposób składować. Metod do przechowywanie wodoru jest kilka, a jako że jest to gaz wybuchowy. wodór przechowuje się w postaci sprężonego gazu w zbiornikach wysokociśnieniowych, w postaci skroplonej w zbiornikach termostatowanych, zaabsorbowany w metalach lub w postaci wodorków. Wodór jako paliwo przyszłości już znalazło swoje miejsce w motoryzacji, a także robotyce. Jednak już teraz coraz częściej mówi się o zastosowaniu siłowników wodorowych w medycynie, domach działających jedynie ze źródeł wodorowych itd.

BIOPALIWA

paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych np. roślinnych, zwierzęcych czy mikroorganizmów. Jest to biomasa, która została przygotowana do wykorzystania w celach energetycznych.

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:

•odpadów organicznych na wysypiskach śmieci,

•odpadów organicznych na wysypiskach śmieci,

•odpadów zwierzęcych i odpadów roślinnych w gospodarstwach rolnych,

•osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków.

Biogaz powstający w wyniku fermentacji beztlenowej składa się w głównej mierze z metanu (od 40% do 70%) i dwutlenku węgla (około 40-50%), ale zawiera także inne gazy, m. in. azot, siarkowodór, tlenek węgla, amoniak i tlen. Do produkcji energii cieplnej lub elektrycznej może być wykorzystywany biogaz zawierający powyżej 40% metanu. Korzyścią, wynikającą z wykorzystania biogazu jest fakt, że woń rozkładających się na wysypisku opadów traci na intensywności, a stan środowiska naturalnego w pobliżu wysypiska ulega znacznej poprawie.

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 (S02), tlenków azotu (N0x) i tlenku węgla (CO). W Unii Europejskiej zwiększenie produkcji energii z biomasy z 69 min ton ekwiwalentu olejowego w 2003 roku do 149 min w roku 2010 pozwoli zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 209 min ton rocznie. Warto zaznaczyć, że wykorzystywanie biomasy na cele energetyczne jest korzystne dla środowiska zwłaszcza wtedy, gdy energię pozyskujemy na przykład w procesie pirolizy czy w procesie fermentacji, nie zaś drogą bezpośredniego spalania surowca. Wykorzystanie biomasy jest korzystne z punktu widzenia ochrony środowiska nie tylko ze względu na zmniejszoną emisję zanieczyszczeń. Pozyskując energię z biomasy zapobiegamy marnotrawstwu nadwyżek żywności, zagospodarowujemy odpady produkcyjne przemysłu leśnego i rolnego, utylizujemy odpady komunalne. Zasoby biomasy są dostępne na całym świecie. Jako źródło energii elektrycznej biomasa jest mniej zawodna niż - na przykład - energia wiatru czy energia Słońca . 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: w Polsce aż 20% powierzchni kraju to obszary, na których została przekroczona norma stężenia metali ciężkich w glebie, co oznacza, że uprawiane tam rośliny mogą być wykorzystywane wyłącznie przemysłowo. Wykorzystanie biomasy wspomaga zrównoważony rozwój rolnictwa, ma także pozytywne skutki społeczne, gdyż wzrastający popyt na produkty rolne przyczynia się do powstawania koniunktury i do tworzenia nowych miejsc stałej pracy, zwłaszcza na wsi.

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.

BIOPALIWA

paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów żywych np. roślinnych, zwierzęcych czy mikroorganizmów. Jest to biomasa, która została przygotowana do wykorzystania w celach energetycznych

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

Kolejne kryzysy paliwowe spowodowały rozwój technologii w dziedzinie produkcji i wykorzystania biopaliw płynnych. W skali światowej największe znaczenie ma bioetanol i biodiesel.

Etanol jest alkoholem etylowym powstającym w wyniku fermentacji alkoholowej cukrów (zboża, ziemniaki, kukurydza) a następnie procesów destylacji i rektyfikacji.

Metanol- jest alkoholem metylowym znanym od dawna jako alkohol drzewny, produkowanym w procesie suchej destylacji drewna w temperaturze 500°C. Jest używany jako paliwo silnikowe w czystej postaci bądź jako komponent tlenowy do benzyn.

Biooleje- powstają w wyniku przetwarzania biomasy metodą szybkiej pirolizy, tj. w czasie ok. 1 sekundy w temperaturze 400-600°C przez kondensację „par" wytwarzanych z biomasy.

Olej rzepakowy- może znaleźć zastosowanie jako paliwo do celów opałowych. Natomiast z uwagi na wysoką temperaturę zapłonu w odniesieniu do oleju napędowego oraz dużą lepkość blokuje filtry w silnikach spalinowych. Może to doprowadzić do zniszczenia silnika. Obecnie silniki o zapłonie samoczynnym (Diesla) budowane są do zasilania olejem napędowym i nie mogą być bez przekonstruowania zasilane olejami roślinnymi.

Biodiesel - olej napędowy stanowiący lub zawierający biologiczny komponent w postaci metylowych estrów rzepakowych. Biodieslem są więc następujące rodzaje paliw:

•100%, czyste EMKT, nazywane po prostu biodieslem,

•mieszanki paliwowe w których komponentem są metylowe/ etylowe estry wyższych kwasów tłuszczowych, takie jak:

-tzw. B20 (20% biodiesla - EMKT i 80% oleju napędowego),

-tzw. B80 (80% biodiesla i 20% oleju napędowego), inne mieszanki estrów i oleju napędowego.

Zalety stosowania biomasy jako paliwa

Obniżenie emisji do powietrza

•Wykorzystanie lokalnych zasobów

•Zmniejszenie ilości odpadów

•Aktywizacja społeczności lokalnej

•Poprawa stanu środowiska

BEZBIECZENSTWO ENERGETYCZNE

Kształt polityki energetycznej Polski powinien opierać się na zapewnieniu bezpieczeństwa energetycznego państwa. Do najważniejszych krajowych regulacji prawnych w zakresie rozwoju sektora energii elektrycznej należy zaliczyć:

•Ustawę Prawo energetyczne z dnia 10 04 1997 r. wraz z późniejszymi zmianami

•Ustawę Prawo ochrony środowiska z dnia 27 04 2001 r.

•Rozporządzenie MG PiPS z dnia 30 05 2003 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązku zakupu energii elektrycznej i ciepła z odnawialnych źródeł energii oraz energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu w wytwarzaniem ciepła,

•Rozporządzenie MG z dnia 4 05 2007 r. w sprawie szczegółowych zasad funkcjonowania systemu elektroenergetycznego.

Na podstawie wytycznych zamieszczonych w wymienionych aktach prawnych przygotowuje się wszelkiego rodzaju strategie i polityki energetyczne państwa, które mają służyć właściwemu rozwojowi wszystkich sektorów gospodarki odpowiedzialnych za bezpieczeństwo energetyczne państwa w horyzontach średnio- i długoterminowych.

Doktryna zarządzania bezpieczeństwem energetycznym: „Bezpieczeństwo energetyczne to zdolność do zaspokojenia w warunkach rynkowych popytu na energię pod względem ilościowym i jakościowym, po cenie wynikającej z równowagi popytu i podaży, przy zachowaniu warunków ochrony środowiska"

Prawo energetyczne: „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".

Polityka energetycznej Polski do roku 2025 „Bezpieczeństwo energetyczne to stan gospodarki umożliwiający pokrycie bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na paliwa i energię, w sposób technicznie i ekonomicznie uzasadniony, przy minimalizacji negatywnego oddziaływania sektora energii na środowisko i warunki życia społecznego"

Wszystkie wyżej wymienione definicje bezpieczeństwa energetycznego 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. Zbilansowanie energetyczne kraju polega na zrównoważonym dostosowaniu, w każdej chwili i w perspektywie wieloletniej, podaży do prognozowanego zapotrzebowania na energię i paliwa, z uwzględnieniem aspektów ekonomicznych i ekologicznych oraz możliwości zarządzania popytem na energię, bez ograniczania zaspokojenia potrzeb odbiorców na energię użyteczną. Niezawodność systemu jest pojęciem nadrzędnym dla poszczególnych systemów sieciowych w aspekcie technicznym. Niezawodność systemu to zdolność do dostarczania odbiorcom wymaganej ilości paliw i energii przy zachowaniu określonych standardów. Dotychczas był to podstawowy czynnik decydujący o bezpieczeństwie dostaw energii odbiorcom, ale postęp techniczny pozwala obecnie na stosowanie rozwiązań, co najmniej częściowo niezależnych od systemów sieciowych. Wskazać tutaj należy rozwój generacji rozproszonej.W ramach niezawodności systemu rozróżnia się dwa aspekty: wystarczalność i bezpieczeństwo pracy systemu. Wystarczalność to zdolność systemu do dostaw paliw lub energii na pokrycie zagregowanego zapotrzebowania odbiorców w każdej chwili, z uwzględnieniem planowanych i racjonalnie oczekiwanych wyłączeń elementów systemu (standardów jakości i niezawodności) pewności jego zasilania w energię pierwotną zależną od stopnia jej zdywersyfikowania, posiadanych krajowych zapasów paliw i możliwości interwencyjnych dostaw z zagranicy.

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. Obecnie cena ta uwzględnia również koszt bezpieczeństwa dostaw energii, skąd wynika potrzeba rynkowej internalizacji kosztów bezpieczeństwa energetycznego. Aspekt ten wiąże się również ze zdolnością sprostania konkurencyjności krajowego sektora paliwowo -energetycznego na rynku europejskim.

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.

BIOPALIWA II GENERACJI

Paliwa otrzymywane z materiałów, które nie stanowią konkurencji dla żywności. Przede wszystkim jest to drewno i drewnopochodne materiały odpadowe a także słoma i inne odpady z produkcji rolnej. Produkcja z tych surowców biopaliw pozwoli na ich rozsądne zagospodarowanie.

Do biopaliw drugiej generacji zaliczamy:

1.biowodór produkowany z biomasy poprzez zgazowanie (albo fermentację beztlenową) a następnie reforming parowy otrzymanego metanu, albo bezpośrednio, przez odpowiednie bakterie (których jeszcze nie mamy i musimy je dopiero za pomocą modyfikacji genetycznych stworzyć),

2. syntetyczne biopaliwa otrzymywane z biomasy za pomocą zgazowania i syntezy Fischera-Tropscha (benzyna z drewna), określane zbiorczym określeniem Biomass to Liquid (BtL),

3.metanol z biomasy,

4.wszelkiego rodzaju biodiesel otrzymywany z olejów pirolitycznych, z drewna i słomy,

5.biodiesel z olejów niepochodzących z roślin dających się wykorzystać jako żywność (np. jatrofa),

6.sztuczny gaz ziemny produkowany z biogazu,

7.inne paliwa syntetyczne,

Celem badań nad biopaliwami drugiej generacji jest zwiększenie możliwości produkcji paliw ciekłych, które będą mogły być stosowane w miejsce paliw ropopochodnych. Chodzi jednak o to, by ten rozwój produkcji nie odbywał się kosztem produkcji żywności i był zrównoważony, tj. nie wymagał na przykład dodatkowych nakładów na produkcję nawozów sztucznych.

Ze względu na ochronę środowiska, dostępność, a przede wszystkim wymagania silników i urządzeń grzewczych, biopaliwa jako specyficzna grupa paliw „alternatywnych", powinny spełniać następujące warunki:

Opracowywane lub wdrażane technologie z zakresu wytwarzania biopaliw drugiej generacji prowadzić mają do otrzymywania nastę­pujących paliw:

•alkoholu etylowego (BioEtOH) i eterów etylo-tert-butylowych (ETBE) z BioEtOH, otrzymywanych z biomasy lignocelulozowej pochodzącej z odpadów drzewnych, pozostałości z przemysłu młynarskiego i przetwórstwa zbóż oraz upraw buraków cukrowych i szybko rosnących roślin energetycznych;

• węglowodorowych paliw syntetycznych z procesów BtL

TECHNOLOGIA PRZERÓBKI MATERIAŁU LIGNOCELULOZOWEGO

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). W procesie obróbki wstępnej, surowiec jest traktowany roztworami kwasów lub zasad wraz z przegrzaną parą wodną, umożliwiając w efekcie właściwe przygotowanie polimerów celulozy i chemicelulozy do procesu hydrolizy, w którym to procesie następuje przekształcenie polimerów celulozowych na cukry C5, i C6, a następnie fermentacji tych cukrów do etanolu. Podstawowym problemem technologicznym jest doprowadzenie do jednoczesnej fermentacji glukozy i ksylozy, dobór odpowiednich enzymów oraz hodowla właściwych szczepów drożdży dla przeprowadzenia skutecznej fermentacji ksylozy.

TECHNOLOGIE OTRZYMYWANIA PALIW WODOROWYCH

Technologie otrzymywania paliw węglowodorowych oparte są na procesie syntezy Fischer-Tropscha w jego różnych odmianach. Surowcem do procesu jest tzw. gaz syntezowy, czyli mieszanina tlenku węgla i wodoru. Gaz syntezowy uzyskiwany jest bezpośrednio z biomasy w procesie jej zgazowania lub pośrednio ze zgazowania biooleju, który jest produktem ciekłym procesu pirolizy biomasy . Otrzymany gaz syntezowy zawiera zanieczyszczenia takie jak ditlenek węgla, parę wodną, metan i wyższe węglowodory oraz azot, a także popioły, substancje smoliste i inne. Proces oczyszczania gazu syntezowego do procesu F-T jest wieloetapowy i bardzo kosztowny. Paliwo HTU-diesel otrzymywane może być z odpadowych substancji organicznych, drzewnych z dużą zawartością wody, tłuszczów i olejów. Ciekłe produkty procesów rozkładu biomasy poddawane są wodorowym procesom odtleniania i uwodornienia. Procesom takim poddawane są również tłuszcze roślinne i zwierzęce (HDO). W procesie otrzymywane są frakcje węglowodorowe, które stosowane być mogą jako paliwa lub komponenty paliwowe. Takie przetwarzanie olejów roślinnych do biodiesla pozwala na pominięcie zbędnego balastu, jakim jest gliceryna, pochodząca z procesów transestryfikacji tych olejów.

Zgazowanie i piroliza biomasy może być także źródłem otrzymywania wodoru, jednak tak otrzymany wodór nie stanowi jeszcze w pełni biopaliwa trzeciej generacji.

Ze względu na zaostrzające się wymagania w zakresie czystości procesów spalania oraz zróżnicowaną dostępność surowców do produkcji „czystych" paliw alternatywnych, w Polsce prowadzone są prace nad otrzymywaniem paliw do silników spalinowych i urządzeń grzewczych z procesów zgazowania i upłynniania węgla. Procesy prowadzące do ich otrzymywania, z wykorzystaniem metody Fischer-Tropscha, oznaczane są jako procesy CtL („coal to liquid"), w odróżnieniu do paliw alternatywnych uzyskiwanych tą samą drogą z biomasy (BtL).

TECHNOLOGIE BIOPALIW, OBSZARY BADAŃ

Za najważniejsze obszary krajowej agendy badawczej w zakresie technologii biopaliw można przyjąć:

Metody badań:

procesy hydroodtleniania i dekarboksylacji olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych do węglowodorów, procesy przetwarzania mieszanin biosurowców z frakcjami naftowymi w wodorowych instalacjach rafineryjnych, technologia zastosowania otrzymanych produktów do zestawiania paliw silnikowych;

BIORAFINERIA

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:

W ramach biorafinerii niezbędne jest wykonanie następujących badań i opracowań:

Zalety procesów biorafineryjnych może stanowić:

Do wad należy zaliczyć fakt, że:

LIGNORAFINERIE

Lignorafineria jest to biorafineria, której substrat wsadowy stanowią substancje organiczne bogate w lignocelulozę. Do tego rodzaju surowców należą np. naturalnie sucha biomasa, drewno, słoma, nadmiarowa lub też nieprzydatna pasza kukurydziana, a także biomasa zawierająca celulozę.

Doskonałym surowcem w tym typie biorafinerii są również odpady z wielu przemysłów, takich jak przemysł leśny, drzewny, papierniczy, meblarski itp. Wsad lignocelulozowy w pierwszej kolejności rozdziela się na ligninę, hemicelulozę i celulozę. W procesach biorafineryjnych w przypadku lignorafinerii stosuje się różnego rodzaju substancje pomocnicze, takie jak enzymy czy też drożdże. Lignina w sposób chemiczny przerabiana jest na surowiec ligninowy, natomiast celulozę metodami biotechnologicznymi i chemicznymi przekształca się w surowiec cukrowy. Z produktów tych dwóch procesów i z hemicelulozy otrzymuje się paliwa, substancje chemiczne, polimery i inne materiały z wydzieleniem energii w kogeneracji i odpadów. Przetwarzanie lignocelulozy można prowadzić metodami chemicznymi lub biotechnologicznymi, a najkorzystniejsze wyniki można uzyskać po połączeniu tych metod. Uruchomienie lignorafinerii wiąże się z badaniami wielu procesów przetwarzania lignocelulozy oraz opracowaniem odpowiednich technologii w celu ich wdrożenia. Równolegle należy prowadzić szacowanie emisji ditlenku węgla i bilansowanie każdego etapu technologii.

KIERUNKI WSPOMAGAJACE 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, powinno się przyjąć odpowiednie rozwiązania w zakresie stosowania Bioestru przez rolników

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)

Działania praktyczne:

działalność informacyjno - edukacyjna w zakresie biopaliw



Wyszukiwarka