Google

Rodzaje biomasy

Stałe, płynne i gazowe biopaliwa produkowane są z biomasy, która sama występuje w rozmaitych stanach skupienia. Istnieją jednak różne rodzaje biopaliw w określonym stanie skupienia, podobnie jak różne są rodzaje surowców, wykorzystywanych do ich produkcji. Wśród biopaliw stałych wyróżniamy np. brykiet, który może być wytwarzany z każdego rodzaju biomasy roślinnej, lecz najczęściej produkowany jest z trocin, wiórów, zrębków drzewnych czy słomy oraz pelety, do produkcji których nadaje się kora, zrębki, rośliny energetyczne i słoma, lecz najczęściej wykorzystywane są trociny i wióry. Podobnie biopaliwa płynne – bioolej, biodiesel czy bioalkohole - produkowane są z rozmaitych surowców, przy użyciu rozmaitych technologii. Jeśli chodzi o biopaliwa gazowe , to obok pozyskiwanego w procesie fermentacji metanowej biogazu do celów energetycznych wykorzystywany jest także holzgas, czyli gaz drzewny powstający w procesie pirolizy. Omówimy teraz pokrótce najważniejsze rodzaje biopaliw.

Biopaliwo to biomasa, którą przy użyciu metod fizycznych, chemicznych bądź biochemicznych przygotowano do wykorzystania w celach energetycznych.

DREWNO I ODPADY DRZEWNE

Drewno było podstawowym surowcem energetycznym jeszcze w początkach XX wieku. Choć później jego miejsce zajęły paliwa kopalne, drewno nie przestało odgrywać istotnej roli w budownictwie, meblarstwie i innych sektorach gospodarki, takich, jak przemysł chemiczny czy górnictwo.

Pod względem składu chemicznego drewno jest substancją niejednorodną, zawierającą głównie celulozę, hemicelulozę, ligninę i wodę. Wraz z wiekiem drzewa nasila się proces lignifikacji: zawartość ligniny w drewnie wzrasta, a zawartość wody maleje.

Z czego składa się drewno?
W 20-60% z wody. Zawartość wody w świeżym drewnie zależy głównie od gatunku drzewa
i jest wyższa w przypadku drewna o mniejszym ciężarze właściwym. Z materiału palnego, w którym 50-52% stanowi węgiel, 40-44% tlen, 6-6,5% wodór, ok. 0,2% azot i ok. 0,1% siarka. W około 0,5% z popiołu, zawierającego wapń, magnez i potas.

Paliwa drewnopochodne charakteryzują się wysoką zawartością składników lotnych. Zaledwie 20% ich masy stanowią nielotne związki węgla, które nie odparowują w procesie suchej destylacji (ogrzewania) drewna, lecz zostają spalone na ruszcie. Tymczasem większość związków lotnych spala się nad rusztem.

Image

Drewno kawałkowe to:

  • pozostałość (ok. 2%) drewna konstrukcyjnego, przycinanego na wymiar, bądź też
  • odpad z produkcji przycinanych na wymiar półwyrobów (np. fryzów), lub
  • materiał nie spełniający norm półwyrobu (stanowi nawet do 50% przerabianego drewna)
  • jego wartość opałowa wynosi 11-22 MJ/kg, wilgotność – 20-30%, a zawartość popiołu 0,6-1,5% suchej masy
  • zawiera minimalne ilości kory.

Image

Trociny stanowią około 10% drewna przerabianego w tartakach. Są także produktem ubocznym skrawania, frezowania itp. w zakładach bardziej zaawansowanej obróbki drewna. Oczyszczone z drewna kawałkowego stanowią cenne paliwo i mogą być wykorzystywane w kotłowniach. Poziom wilgotności trocin jest zróżnicowany i waha się od 6-10% do 45-65% dla trocin z niedawno ściętego drzewa. Przy wilgotności 5-15% zawartość popiołu wynosi mniej niż 0,5%. Wady trocin to trudności związane z magazynowaniem, skłonność do zaparzania (trociny bukowe) i podatność na zawilgocenia. Z uwagi na te słabe punkty trociny powinny być spalane w pierwszej kolejności.

Wióry są, podobnie jak trociny, produktem ubocznym przemysłu drzewnego, powstającym podczas skrawania i frezowania. Cechą charakterystyczną wiórów jest niska wilgotność (5-15%). Zawierają niewielką ilość zanieczyszczeń.

Image

Zrębki drzewne to rozdrobnione drewno w postaci długich na 5-50 mm ścinków o nieregularnych kształtach. Są produkowane:

  • podczas pierwszego trzebienia drzewostanów, wierzchołków i innych pozostałości po wyrębach,
  • podczas obrabiania kłód w tartakach,
  • na szyborosnących plantacjach wierzby,
  • z odpadów drzewnych w dużych zakładach przetwarzających drewno.

Wartość opałowa zrębków wynosi 6-16 MJ/kg, wilgotność 20-60%, a zawartość popiołu, którą zwiększa ewentualne zanieczyszczenie kamieniami, glebą i piachem stanowi od 0,6 do 1,5% suchej masy. Zrębki są doskonałym paliwem dla kotłów, wykorzystuje się je również do produkcji płyt wiórowych i jako topnik w hutnictwie. Wadą tego paliwa jest wrażliwość na zmiany wilgotności powietrza i podatność na choroby grzybowe. Długo magazynowane zrębki powinny być co jakiś czas przewracane.

Kora to wartościowy pod względem energetycznym odpad przemysłu drzewnego, stanowiący od 10 do 15% masy pozyskiwanego drewna. Jej wartość opałowa wynosi 18,5-20 MJ/kg, wilgotność 55-65%, a zawartość popiołu, który ma tendencję do żużlowania stanowi 1-3% suchej masy. Część kory zostaje podczas obróbki drewna przetworzona na trociny. Korę przed podaniem do kotła z podajnikiem ślimakowym należy poddać zrębkowaniu w rębaku z górnym zasypem, zrębkowanie kory przebiega jednak szybko i pochłania niewielkie ilości energii.

Paliwo uszlachetnione, czyli brykiet i pelety cechuje się wysoką wartością opałową, za którą odpowiada niska wilgotność i małą objętością, związaną z dużym ciężarem właściwym. Zaletą brykietu i pelet to ich jednolita wielkość, ułatwiająca wykorzystanie.

Image

Brykiet drzewny to walec lub kostka, utworzona z suchego rozdrobnionego drewna (trocin, wiórów czy zrębków), sprasowanego pod wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących. W czasie zachodzącego pod ciśnieniem 200 atmosfer procesu brykietowania wydziela się lignina, która po obniżeniu temperatury zastyga, spajając surowiec w formie brykietu. Duże zagęszczenie materiału w stosunku do objętości sprawia, że proces spalania brykietu zachodzi stopniowo i powoli. Wartość energetyczna: 19-21 GJ/t; wilgotność: 6-8%; zawartość popiołu: 0,5-1% suchej masy.

Image

Pelety (inaczej granulat) to produkowane z odpadów drzewnych - najczęściej z trocin i wiórów - długie na kilka cm granulki o średnicy 6-25 mm. Granulat wytłacza się w prasie rotacyjnej, bez dodatku substancji klejącej i pod dużym ciśnieniem, które umożliwia duże zagęszczenie surowca. Pelety są paliwem łatwym do transportowania, najpraktyczniejszym w magazynowaniu i najwygodniejszym w eksploatacji. Ich zaletą jest też bardzo niska zawartość popiołu (0,4-1% suchej masy). Wartość energetyczna pelet wynosi 16,5-17,5 MJ/kg, a wilgotność 7-12%.

ROŚLINY POCHODZĄCE Z UPRAW ENERGETYCZNYCH

Bogate w związki celulozowe i ligninowe rośliny energetyczne mogą być wykorzystywane do produkcji energii cieplnej i energii elektrycznej oraz do wytwarzania paliw: zarówno ciekłych jak i gazowych. Rośliny energetyczne można przy tym spalać albo w całości, albo w formie wyprodukowanego z nich brykietu czy pelet. Uprawy energetyczne umożliwiają zagospodarowanie nisko produktywnych bądź zdegradowanych terenów rolniczych, co ma niemałe znaczenie w naszym kraju, gdzie na ponad 20% terenu stężenie metali ciężkich w glebie przekracza dopuszczalne normy.

Czy wiesz, że...
Rośliny energetyczne mają szczególną zdolność do akumulowania zanieczyszczeń w systemie korzeniowym. Ich plantacja może w ciągu 15 lat oczyścić glebę z takich metali ciężkich, jak arsen, ołów, chrom, miedź, mangan, nikiel, rtęć i cynk. Dodatkowym plusem takiej rekultywacji jest fakt, że zanieczyszczenia gromadzą się wyłącznie w korzeniach roślin, nie przenikają więc do produktów spalania. Mimo to plantacje energetyczne mają również pewne wady: powstawanie wielkoobszarowych monokultur jest niekorzystne dla środowiska, poza tym uprawy energetyczne mogą prowadzić do ograniczenia lub wręcz eliminacji bioróżnorodności i powodować wyjałowienie gleby.

Pożądane cechy roślin energetycznych to:

  • duży przyrost roczny, 
  • wysoka wartość opałowa, 
  • znaczna odporność na choroby i szkodniki oraz
  • stosunkowo niewielkie wymagania glebowe.

Wyróżniamy cztery podstawowe grupy roślin energetycznych:

  • rośliny uprawne roczne: zboża, konopie, kukurydza, rzepak, słonecznik, sorgo sudańskie, trzcina;
  • rośliny drzewiaste szybkiej rotacji: topola, osika, wierzba, eukaliptus;
  • szybkorosnące, rokrocznie plonujące trawy wieloletnie: miskanty, trzcina, mozga trzcinowata, trzcina laskowa;
  • wolnorosnące gatunki drzewiaste.

Image

W Polsce jedną z najczęściej uprawianych roślin energetycznych jest wierzba wiciowa (zwana też energetyczną). Jej uprawa w naszym kraju jest opłacalna ze względu na korzystne warunki klimatyczne, które są lepsze od warunków panujących na przykład w Szwecji. W związku z dużym zainteresowaniem uprawami energetycznymi należy się jednak spodziewać wprowadzania coraz to nowych gatunków i odmian roślin.
Więcej informacji na temat plantacji energetycznych i gatunków najpopularniejszych roślin energetycznych znajduje się w dziale pt. „Uprawy energetyczne”.

PRODUKTY I ODPADY ROLNICZE

Tak, jak uprawa roślin energetycznych umożliwia zagospodarowanie nieużytków rolnych, tak wykorzystanie na cele energetyczne nadwyżek i odpadów produkcji rolnej zapobiega marnotrawstwu żywności i rozwiązuje problem utylizacji odpadów. Słoma, siano, buraki cukrowe, trzcina cukrowa, ziemniaki, rzepak czy pozostałości przerobu owoców bądź zwierzęce odchody to cenne z energetycznego punktu widzenia surowce, które warto wykorzystywać. Najbardziej rozpowszechnione jest wykorzystywanie do celów energetycznych słomy.

Image

Słoma to – jak podaje „Mała Encyklopedia Rolnicza” – „dojrzałe lub wysuszone źdźbła roślin zbożowych”, a także wysuszone rośliny strączkowe, len czy rzepak. W energetyce znajduje zastosowanie słoma wszystkich rodzajów zbóż oraz rzepaku i gryki, przy czym za szczególnie cenną uchodzi słoma żytnia, pszenna, rzepakowa i gryczana oraz osadki kukurydzy. Słoma jest zasadniczo wykorzystywana jako pasza i jako podściółka w hodowli zwierząt gospodarskich, do celów energetycznych wykorzystuje się zaś jej nadwyżki. Z drugiej strony dużą wartość energetyczną ma zupełnie nieprzydatna w rolnictwie słoma rzepakowa, bobikowa i słonecznikowa.

Wykorzystanie nadwyżek słomy do celów energetycznych pozwala uniknąć ich spalania na polach. Ta częsta praktyka wyrządza wielkie szkody środowisku naturalnemu, stąd kraje posiadające mało inwentarza, lecz produkujące dużo zbóż i dużo rzepaku starają się znaleźć alternatywne formy wykorzystywania słomy – na przykład Kanadyjczycy używają jej do produkcji płyt, zaś Duńczycy już w 1992 roku wykorzystywali aż 55% produkowanej słomy na cele energetyczne.

Wilgotność słomy wynosi 10-20%, zaś wartość opałowa i zawartość popiołu odpowiednio 14,3 MJ/kg i 4% suchej masy dla słomy żółtej oraz 15,2 MJ/kg i 3% s. m. dla słomy szarej.

Ziarno energetyczne

W celach energetycznych uprawia się wiele słabo rozpowszechnionych gatunków roślin, uprawia się jednak także rośliny znane już od dawna, lecz hodowane najczęściej z innym przeznaczeniem. Taką rośliną jest wykorzystywany zazwyczaj jako pasza dla zwierząt i pożywienie dla człowieka owies, którego uprawa znana jest w naszym kraju co najmniej od VIII wieku. Więcej na temat energetycznego wykorzystania ziarna owsa można przeczytać tutaj.

BIOGAZ

czyli gaz wysypiskowy to powstająca w wyniku fermentacji metanowej mieszanina gazów, której głównym składnikiem jest metan. Biogaz wykorzystywany do celów energetycznych zawiera ponad 40% metanu, zaś jego właściwości nie odbiegają od właściwości gazu ziemnego. W energetyce wykorzystuje się biogaz powstający w wyniku fermentacji:

  • odpadów organicznych na składowiskach odpadów,
  • odpadów zwierzęcych w gospodarstwach rolnych,
  • osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków.

Bliższą charakterystykę biogazu znajdziecie w artykule pt. „Biogaz”, zaś proces fermentacji metanowej przedstawiono w artykule pt. "Technologie".

BIOPALIWA PŁYNNE

Do biopaliw płynnych zaliczamy:

  • oleje roślinne, np. olej rzepakowy,
  • bioolej otrzymywany przez poddanie biomasy szybkiej pirolizie,
  • biodiesel, czyli estryfikowany olej rzepakowy oraz
  • bioalkohole, wśród których największe znaczenie ma etanol.

Image

Obecnie koszty produkcji olejów roślinnych nie pozwalają na ich szerokie wykorzystanie w energetyce, trwają jednak próby wyhodowania roślin, których olej będzie wykorzystywany wyłącznie do celów energetycznych.

Bliższa charakterystyka biopaliw płynnych została przedstawiona w poświęconym im rozdziale.

 

Źródła:

  • Biopaliwa, red. P. Gradziuk, Warszawa 2003
  • J. W. Dubas, A. Grzybek, W. Kotowski, A. Tomczyk, Wierzba energetyczna – uprawa i technologie przetwarzania, Bytom 2004
  • Paliwa drzewne – tanie i ekologiczne źródło ciepła, broszura KAPE, W-wa 2004
  • Odnawialne źródła energii jako element rozwoju lokalnego, publikacja EC BREC/IMBER, W-wa 2003
  • S. Szczukowski, J. Tworkowski, M. J. Stolarski, Wierzba energetyczna, Kraków 2004
  • A. Grzybek, P. Gradziuk, K. Kowalczyk, Słoma – energetyczne paliwo, W-wa 2001
  • www.energyforest.com
  • www.energetik-leipzig.de
  • samorzad.pap.com.pl

Za pozycjonowanie tego serwisu odpowiada Sunrise System.

Copyright © 2007 - Biomasa | Realizacja: SoftTree.pl | Programowanie: Maszyna.pl