4. Biomasa


Biomasa

Biomasa je najsloženiji oblik obnovljivih izvora energije jer kao sirovine obuhvaća šumsku i poljoprivrednu biomasu, biomasu nastalu prilikom proizvodnih procesa različitih industrija ili otpad u smislu komunalnog otpada, pročišćivanja voda i kanalizacijskog mulja i slično, a može se uzgajati i na energetskim plantažama. Kao konačan proizvod – energija, biomasa može poslužiti kao obnovljivi izvor za dobivanje električne energije i toplinske energije te kao goriva za promet.

Slika 21.: Biomasa

Pri iskorištavanju biomase nužan korak je pretvorba početne sirovine u energente koji mogu biti tekući (npr. biodizel, bioetanol), plinski (npr. bioplin) ili kruti (npr. peleti). Osim toga, za razliku od ostalih obnovljivih izvora energije, biomasa se može okarakterizirati kao uvjetno obnovljivi izvor energije. Temeljni uvjet koji je potrebno zadovoljiti u tom smislu jest održivost korištenja, što se najjednostavnije može prikazati za primjer iskorištavanja šumske biomase.

Naime, ako se cjelokupna šuma posiječe radi spaljivanja dobivenog drva, očito se ne radi o održivom korištenju te se ono ne može okarakterizirati kao obnovljivi izvor energije. Ako se pak koristi samo onaj dio godišnjeg prirasta stabala koji osigurava stabilan rast i očuvanje šume u budućnosti, takvo iskorištavanje biomase svakako spada u obnovljive izvore energije.

Biomasa je biorazgradivi dio proizvoda, otpada i ostataka poljoprivredne proizvodnje (biljnog i životinjskog porijekla), šumarske i srodnih industrija. Energija iz biomase dolazi u čvrstom, tekućem (npr. biodizel, bioetanol, biometanol) i plinovitom stanju (npr. bioplin, plin iz rasplinjavanja biomase i deponijski plin). Biomasa je obnovljivi izvor energije, a općenito se može podijeliti na drvnu, nedrvnu i životinjski otpad, unutar čega se mogu razlikovati:

drvna biomasa (ostaci iz šumarstva, otpadno drvo)

  • drvna uzgojena biomasa (brzorastuće drveće)
  • nedrvna uzgojena biomasa (brzorastuće alge i trave)
  • ostaci i otpaci iz poljoprivrede
  • životinjski otpad i ostaci
  • gradski i industrijski otpad.

Glavna prednost u korištenju biomase kao izvora energije su obilni potencijali, ne samo u tu svrhu zasađene biljne kulture već i otpadni materijali u poljoprivrednoj i prehrambenoj industriji. Plinovi koji nastaju korištenjem biomase mogu se također iskoristiti u proizvodnji energije.

Prednost biomase u odnosu na fosilna goriva je i neusporedivo manja emisija štetnih plinova i otpadnih tvari. Računa se da je opterećenje atmosfere s CO2 pri korištenju biomase kao goriva zanemarivo, budući da je količina emitiranog CO2 prilikom izgaranja jednaka količini apsorbiranog CO2 tijekom rasta biljke. Međutim spaljivanje biomase stvaraju se i drugi zagađujući plinovi te otpadne vode.

Osim toga, prikupljanje, transport i skladištenje biomase vrlo je skupo što je još jedan nedostatak ove tehnologije. Korištenje biomase omogućava i zapošljavanje (otvaranje novih i zadržavanje postojećih radnih mjesta), povećanje lokalne i regionalne gospodarske aktivnosti, ostvarivanje dodatnog prihoda u poljoprivredi, šumarstvu i drvnoj industriji kroz prodaju biomase-goriva.

40

Drvna biomasa

Postoje razni načini da se iz drvne biomase dobije energija. Upotrebljava se isključivo šumska biomasa (ostaci i otpad nastali redovitim gospodarenjem šumama, prostorno i ogrjevno drvo) i biomasa iz drvne industrije (ostaci i otpad pri piljenju, brušenju, blanjanju -gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, briketi i peleti – nastaju sabijanjem, odnosno prešanjem usitnjene drvne biomase u rasutom stanju radi transporta i automatizacije loženja, i dr. – jeftinije i kvalitetnije gorivo od šumske biomase).

38

Pri obradi drveta gubi se oko 35 – 40% od ulazne sirovine u procesu proizvodnje, a količina otpada za neke proizvode kao što su parketi iznosi i do 65%.

Biomasa se može izravno pretvarati u energiju jednostavnim sagorijevanjem (izgaranjem) te se tako proizvesti pregrijana vodena para za grijanje u industriji i kućanstvima ili za dobivanje električne energije u malim termoelektranama. Osnovne su značajke pri primjeni šumske ili drvne biomase kao energenta jednake kao kod svakog goriva:

  • kemijski sastav
  • ogrjevna (energetska) vrijednost
  • temperatura samozapaljenja
  • temperatura izgaranja
  • fizikalna svojstva koja utječu na ogrjevnost (npr. gustoća, vlažnost i dr).

screenshot-at-oct-08-19-33-58

Slika 23.: Način iskorištavanja drvne biomase

Nedrvna biomasa

Osim ostale nedrvne biomase, u Hrvatskoj bi osobitu važnost mogli imati ostaci iz poljoprivrede, tj. poljoprivredna biomasa (kukuruzovina, oklasak, stabljike suncokreta, slama, ljuske, koštice višanja, ostatke pri rezidbi vinove loze i maslina, kore od jabuka…). Iskustva iz razvijenih zemalja, u Europi osobito Danske, pokazuju kako se radi o vrijednom izvoru energije koji se ne bi trebao zanemariti.

Ilustrativan je stoga sljedeći primjer. Nakon berbe kukuruza na obrađenom zemljištu ostaje kukuruzovina, stabljika s lišćem, oklasak i komušina. Budući da je prosječni odnos zrna i mase (tzv. žetveni omjer) 53%: 47%, proizlazi kako biomase približno ima koliko i zrna. Ako se razluče kukuruzovina i oklasak, tada je njihov odnos prosječno 82% : 88%, odnosno na proizvedenu 1 t zrna kukuruza dobiva se i 0,89 t biomase kukuruza što čine 0,71 t kukuruzovine i 0,18 t oklaska. Iako je neosporno kako se nastala biomasa mora prvenstveno vraćati u zemlju, preporučuje se zaoravanje između 30 i 50% te mase, što znači da za energetsku primjenu ostaje najmanje 30%.

41

Bioplin

Bioplin je mješavina plinova koja nastaje fermentacijom biorazgradivog materijala u okružju bez kisika. On je mješavina metana CH4 (40-75%), ugljičnog dioksida CO2 (25-60%) i otprilike 2% ostalih plinova (vodika H2, sumporovodika H2S, ugljikovog monoksida CO). Bioplin je otprilike 20% lakši od zraka i bez mirisa je i boje. Temperatura zapaljenja mu je između 650 i 750 oC, a gori čisto plavim plamenom. Njegova kalorijska vrijednost je oko 20 MJ/Nm3 i gori sa oko 60%-om učinkovitošću u konvencionalnoj bioplinskoj peći.

Bioplin se dobiva iz organskih materijala. Podrijetlo sirovina može varirati, od stočnih otpadaka, žetvenih viškova, ostataka ulja od povrća do organskih otpadaka iz kućanstava. Osim tih materijala, za proizvodnju bioplina može se koristiti i trava. Ali fermentacijska postrojenja za travu moraju ispunjavati više tehničke zahtjeve od konvencionalnih bioloških bioplinskih postrojenja, koja koriste čvrsto ili tekuće gnojivo.

42

Slika 25.: Dobivanje bioplina

43Postoje dva osnovna tipa organske digestije (razgradnje): aerobna (uz prisutstvo kisika) i anaerobna (bez prisutstva kisika). Svi organski materijali, i životinjski i biljni, mogu biti razgrađeni u ova dva procesa, ali produkti će biti vrlo različiti. Aerobna digestija (fermentacija) proizvodi ugljični dioksid, amonijak i ostale plinove u malim količinama, veliku količinu topline i konačni proizvod koji se može upotrijebiti kao gnojivo. Anaerobna digestija proizvodi metan, ugljični dioksid, nešto vodika i ostalih plinova u tragovima, vrlo malo topline i konačni proizvod sa većom količinom dušika nego što se proizvodi pri aerobnoj fermentaciji. Takvo gnojivo sadrži dušik u mineraliziranom obliku (amonijak) koje biljke mogu brže preuzeti nego organski dušik što ga čini posebno pogodnim za oplemenjivanje obradivih površina.

Biodiesel

Biodizel je komercijalni naziv pod kojim se metil-ester, bez dodanog mineralnog dizelskog goriva, nalazi na tržištu tekućih goriva i prodaje krajnjim korisnicima. Standardizirano je tekuće nemineralno gorivo, neotrovan, biorazgradivi nadomjestak za mineralno gorivo, a može se proizvoditi iz biljnih ulja, recikliranog otpadnogscreenshot-at-oct-08-19-37-14 jestivog ulja ili životinjske masti procesom esterifikacije, pri čemu kao sporedni proizvod nastaje glicerol. Metil-ester je kemijski spoj dobiven reakcijom (esterifikacija) biljnog ulja (uljana repica, suncokret, soja, palma, ricinus itd.) ili životinjske masti s metanolom u prisutnosti katalizatora. Izbor osnovne sirovine za dobivanje biodizela zavisi od specifičnih uslova i prilika u konkretnim zemljama, u Europi se za proizvodnju biodizela najviše koristi ulje uljane repice (82,8%) i ulje suncokreta (12,5%), dok se u Americi najviše koristi ulje soje, a u azijskim zemljama se koristi i palmino ulje.

Zašto je biomasa dobra?

Iako je biomasa obnovljivi izvor energije, tu valja biti oprezan jer se šume nikako ne smiju nekontrolirano sjeći! Dio otpada može se koristiti kao biomasa. To značajno smanjuje količinu otpada kojega moramo odložiti na odlagališta. Biomasa ne ovisi o vremenskim prilikama, kao npr. Sunčeva energija, pa je se može koristiti u svakome trenutku.

ZADATAK

  1. Skupite dovoljno trave i njome napunite otprilike dvije trećine crne vrećice.
  2. Nakon toga izmjerite temperaturu trave u sredini vrećice i zapišite je. Temperatura trave na početku eksperimenta iznosi________ °C.
  3. Dobro zatvorite vrećicu tako da u njoj ne bude više zraka i zalijepite je ljepljivom trakom.
  4. Stavite vrećicu u kartonsku kutiju i ostavite je tako 24 sata.
  5. Sljedeći dan otvorite vrećicu i ponovo izmjerite temperaturu trave u sredini vrećice. Kolika je temperatura sad? Temperatura trave na kraju eksperimenta iznosi _______ °C.
  6. Opipajte travu u vrećici. Što možete reći? I ne zaboravite oprati ruke nakon toga!!!
  7. Pomirišite travu u vrećici. I?
  8. Pokušajte zajedno objasniti što se dogodilo!