Odnawialne źródła energii – biomasa

0
753

Postępujące uprzemysłowienie produkcji roślinnej i zwierzęcej sprawia, że w gospodarce rolnej powstają coraz większe masy odpadów biologicznych, które zamiast służyć zachowaniu i powiększaniu urodzajności gleby, stanowią poważny problem ekologiczny, sanitarny, i ekonomiczny. Obecnie alternatywnym rozwiązaniem dla rosnącej masy odpadów jest ich wykorzystanie w celu produkcji energii. Jednym z odnawialnych źródeł energii jest biomasa.

W świetle obowiązujących przepisów, za biomasę uważa się stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego i zwierzęcego uzyskane z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także przemysłu przetwarzającego ich produkty. Za biomasę uznaje się też część pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji. Zatem biomasa, która może być użyta do celów energetycznych, to przede wszystkim odpady z rolnictwa, leśnictwa, sadownictwa, przemysłu, a także odpady komunalne, osady z oczyszczalni ścieków oraz rośliny energetyczne sadzone na terenach, które wypadły z użytkowania rolniczego. Ich łączny potencjał szacowany jest w Polsce na 15-20 mln ton paliwa umownego, a to oznacza teoretycznie możliwość nawet pełnego zaopatrzenia w energię elektryczną i cieplną wielu regionów kraju, położonych z dala od wielkich elektrowni oraz okręgów przemysłowych.

Niewątpliwą zaletą biomasy jest jej odtwarzalność. Corocznie, bez ponoszenia kosztów na energię słoneczną, wodę i dwutlenek węgla, uzyskuje się 1-2 kilogramów suchej biomasy roślinnej z powierzchni uprawy na jednym metrze kwadratowym. Zaletą biomasy jest też możliwość jej długotrwałego przechowywania i transportu na duże odległości oraz biodegradowalność. Z kolei do wad biomasy zalicza się podatność na uszkodzenia mikrobiologiczne, dużą wilgotność, ryzyko zmienności plonowania, a także konieczność zastosowania specjalnych technologii dla uzyskania wartościowego produktu. Do niewątpliwych wad biomasy należy zaliczyć także cenę energii z niej wytworzonej, która jest dużo wyższa niż cena prądu pozyskiwanego ze spalania węgla. Również koszty przemieszczania biomasy lub jej produktów są wyższe niż koszty paliw kopalnych.

Biomasa różni się od innych źródeł energii odnawialnej tym, że można ją wykorzystać do uzyskania różnych form energii końcowej, a więc: energii cieplnej, energii elektrycznej, paliw silnikowych, biogazu itp. Natomiast pozostałe źródła energii można w praktyce wykorzystać jedynie do produkcji energii elektrycznej lub energii elektrycznej i ciepła. Podstawową wadą tego źródła energii jest jednak mała zawartość energii w jednostce masy. Z tego względu biomasa powinna być wykorzystywana dla celów energetycznych możliwie blisko miejsca jej pozyskiwania. Biomasa odpadowa jest najtańszym paliwem wyłącznie wtedy, jeśli jest źródłem energii tylko dla najbliższej okolicy. Takim właśnie systemowym rozwiązaniem może pochwalić się na przykład Austria, będąca jednym z liderów wśród krajów Unii Europejskiej w wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii. Funkcjonują tam dobrze prosperujące lokalne rynki pozyskiwania energii z biomasy. Ich istotą jest skupienie w jednym miejscu powiązanych ze sobą w funkcjonalny system przedsiębiorstw, produkujących biodisel, ciepło, gaz i prąd elektryczny w większości z miejscowych surowców. Takie rozwiązanie sprzyja racjonalnej gospodarce energetycznej i ekologicznej.

Szacuje się, że aby zaspokoić roczny rynek energii w 10% pochodzącej z biomasy, wykorzysta się na ten cel jedynie trzy ary nasadzeń. Jednakże, wziąwszy pod uwagę moc generatorów, aby uzyskać pożądany efekt w ciągu jednej godziny, należy spalić około dwudziestu ton biomasy. W związku z tym, do zaopatrzenia elektrowni tylko na jedną godzinę pracy należy zebrać, zmagazynować i przetransportować biomasę z powierzchni uprawy około 1-2 ha. Zatem w ciągu roku, przy ośmiu tysiącach godzin pracy generatorów, należy przewidzieć zaopatrzenie elektrowni w 16 tys. ton biomasy z 8-16 tys. ha. To niezwykle trudne przedsięwzięcie logistyczne, zwłaszcza w warunkach rozdrobnionej struktury agrarnej. W warunkach polskich biomasa powinna być wykorzystywana przede wszystkim z przeznaczeniem na cele grzewcze. Dotyczy to przede wszystkim terenów wiejskich, gdzie biomasa jest pozyskiwana i dostępna bez konieczności jej transportowania na większe odległości. Należy jednak zaznaczyć, że budynki ogrzewane biomasą powinny być ocieplone i dobrze do tego celu przygotowane.

Wykorzystanie biomasy jako surowca energetycznego jest obecnie możliwe zarówno od strony technicznej, jak i technologicznej. Biomasa roślinna, świeżo zebrana z pola uprawnego czy biomasa odpadowa nie nadaje się jednak do bezpośredniego spalania. Zawiera bowiem zbyt dużo wody, a ponadto jej cechy fizyczne i chemiczne powodują, że nie można jej spalać w typowych kotłach czy silnikach spalinowych. Dlatego technologie produkcji energii z biomasy wymagają ciągłych inwestycji, nakładów energetycznych i ponoszenia kosztów eksploatacji urządzeń technicznych. Biomasę można przetwarzać w gazowe, ciekłe lub stałe paliwa. Z przetworzenia biomasy uzyskuje się takie biopaliwa jak: biogaz, gaz generatorowy, alkohole etylowy i metylowy, metyloestry olei roślinnych i tłuszczów zwierzęcych, brykiety, pelety i węgiel drzewny.

Ze względu na sposób przygotowania, paliwa stałe można podzielić na:
• nieprzetworzone – czyli wszelkiego rodzaju gałęzie, kłody, zdrewniałe części roślin, nadające się do bezpośredniego spalania;
• rozdrobnione – czyli zrębki, trociny, sieczka i inne materiały wytworzone drogą przeróbki mechanicznej,
• kompaktowane, czyli paliwa formowane, do których należy pelet, brykiet itp., wytwarzane przy wykorzystaniu wysokiego ciśnienia.

Istotny jest fakt, że w produkcji ciepła i energii oraz w transporcie, biopaliwa emitują mniej gazów cieplarnianych niż paliwa kopalne. Wydzielany przez nich dwutlenek węgla został wchłonięty z atmosfery na etapie uprawy roślin. Jednakże samo przygotowanie ogromnych monokulturowych terenów pod uprawę trzciny cukrowej, palmy olejowej, soi, rzepaku, kukurydzy, pszenicy itp., czyli roślin wykorzystywanych do produkcji biopaliw powoduje emisje ogromnych ilości CO2 do atmosfery i jednocześnie niszczy w istotny sposób tereny ze zróżnicowanymi ekosystemami.

Jednym ze sposobów zagospodarowania rosnącej liczby odpadów rolno-przemysłowych jest wykorzystanie ich do produkcji bioetanolu. Bioetanol to odwodniony alkohol etylowy otrzymywany w procesie fermentacji alkoholowej. Może on być stosowany jako paliwo samochodowe w specjalnie przygotowanych silnikach lub mieszany z benzyną i używany w silnikach tradycyjnych. Bioetanol ma wyższą liczbę oktanową niż tradycyjna benzyna i jest znacznie mniej toksyczny oraz mniej wybuchowy. Spalanie bioetanolu jest pełniejsze, a do atmosfery emitowane są mniejsze ilości dwutlenku węgla, węglowodorów i tlenku azotu. Odpady rolnicze oraz pochodzące z zakładów rolno-przemysłowych zawierają wszystkie składniki, które są niezbędne do rozwoju mikroorganizmów, w tym duże ilości węglowodanów. Ze względu na dużą zawartość węglowodanów odpady te stanowią dobry surowiec w procesie fermentacji alkoholowej prowadzącej do uzyskania bietanolu. Pod względem ilościowym najbardziej powszechnymi surowcami do otrzymywania biopaliwa drugiej generacji są materiały zawierające kompleks lignocelulozowy, np. słoma, drewno, roślinne odpadki przemysłu spożywczego i odpadki z produkcji papieru. Produkcja biopaliw z surowców odpadowych niesie wiele korzyści ekonomicznych i środowiskowych.

Do bardziej popularnych paliw uzyskanych z biomasy zalicza się także biogaz, otrzymywany na skutek fermentacji metanowej osadów ściekowych powstających w komunalnych oczyszczalniach ścieków. Osady z oczyszczalni ścieków komunalnych i przemysłowych są pochodnymi produktami biomasy, stanowiącymi coraz większe problemy sanitarne, ekonomiczne i ekologiczne. Fermentacja metanowa to proces beztlenowego rozkładu substancji organicznych prowadzony w specjalnym reaktorze przy zachowaniu odpowiednich warunków fizycznych. Powstały w takich komorach fermentacyjnych biogaz jest gromadzony w zbiorniku, z którego jest kierowany dalej do energetycznego wykorzystania. Biogaz składa się z metanu i dwutlenku węgla oraz nieznacznych domieszek innych gazów. Jego skład zależy głównie od rodzaju biomasy użytej do fermentacji oraz od sposobu przeprowadzenia fermentacji. Obecnie w Polsce w wielu komunalnych oczyszczalniach ścieków uruchomiono instalacje do produkcji tego paliwa. Otrzymywany biogaz jest od razu na miejscu wykorzystywany energetycznie. Wyprodukowana na bazie biogazu energia cieplna i elektryczna zaspokaja w większości potrzeby oczyszczalni. Przefermentowane osady ściekowe charakteryzują się niezbyt wysokimi właściwościami energetycznymi, jednakże ich wykorzystanie do produkcji biogazu podwyższa ich jakość i daje wymierne korzyści ekonomiczne, ekologiczne oraz energetyczne.

Biomasa jest zasobem ograniczonym, określonym głównie przez dostępny areał ziemi oraz warunki pogodowe i glebowe. Szacuje się, że biomasa (zarówno przetworzona, jak i nieprzetworzona) stanowić może uzupełnienie w ilości kilku lub kilkunastu procent tradycyjnych źródeł energii na europejskim rynku, w zależności od powierzchni ziemi uprawnej, przeznaczonej na ten cel w poszczególnych krajach. Spośród wszystkich alternatywnych źródeł energii dostępnych w naszym kraju, biomasa stanowi jednak czynnik najmniej wyczerpywalny. Do głównych czynników ograniczających produkcję biomasy na cele energetyczne zalicza się: ograniczenie powierzchni gleb nadających się do intensywnej uprawy roślin energetycznych, łatwo wyczerpywane zasoby wód gruntowych i glebowych, niezbędnych do intensywnej, i długotrwałej wegetacji roślin; kolizyjność uprawy roślin energetycznych z produkcją żywności oraz z wymogami ochrony środowiska i różnorodnością biologiczną; zagrożenia wieloletnich monokulturowych plantacji przez mało rozpoznane choroby i szkodniki. Intensywna produkcja biomasy wymaga odpowiednio dużej dostępności składników pokarmowych.


1. Borkiewicz J., Biopaliwa – kontrowersyjne źródła odnawialnej energii. „Aura” 2009 nr 2, s. 4-5.
2. Broda M., Leja K., Utylizacja odpadów – alternatywne surowce do produkcji bioetanolu. „Aura” 2011 nr 3, s. 11-12.
3. Ciechanowicz W., Szczukowski S., Ogniwa paliwowe, wodór i metanol szansą rozwoju Polski. „Aura” 2013 nr 7, s. 4-7.
4. Frączek J., Agrofizyka w badaniach biopaliw stałych. „Aura” 2013 nr 8, s. 8-10.
5. Juliszewski T., Biomasa surowcem paliwowym. „Aura” 2013 nr 8, s. 11-13.
6. Michna G., Majętny Z., Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w Austrii. „Aura” 2012 nr 1, s. 12-13.
7. Nowicki M., Dylematy polskiej energetyki XXI wieku. „Aura” 2013 nr 1, s. 20-21.
8. Siuta J., Pozytywy i negatywy energetycznego spalania biomasy. „Aura” 2008 nr 8, s. 11-12.
9. Wajss P., Goryl W., Guła A., Czy można lepiej wykorzystać biomasę dla redukcji emisji CO2?. „Aura” 2012, nr 6, s. 4-5.
10. Wilk J., Wykorzystanie osadów ściekowych do produkcji biogazu. „Aura” 2011 nr 5, s. 18-20.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here