Rozwój przemysłu stał sie równoznaczny ze wzrostem zapotrzebowania na paliwa kopalniane (wegiel kamienny brunatny) Wszystkie wyzej wymienione żródła energii charakteryzują się brakiem gazów cieplarnianych i zanieczyszczeń do środowiska naturalnego. BIOMASA-jest wytworzona w sposób naturalny, masa organiczna zawierająca węgiel(pierwiastek) Do biomasy zalicza się : lasy ,rośliny,drewno,odpady roślinne, odchody zwierzęce itp. W warunkach krajowych znaczenie mają żródła biomasy: -drewno-pochodzące z lasów,pasiek,sadów,specjalistycznych upraworaz odpady z przemysłu drzewnego. -plantacje roślin uprawnych z przeznaczeniem na cele energetyczne. -nasiona roślin oleistych przetworzone na estryfikowane oleje. -ziemniaki i zboża przetworzone na alkohol etylowy –słoma -odpady powstałe w przemyśle rolno-spożywczym.(z cukrowni, roszarni, gorzelni, browarów) -ponadto osady ściekowe. Biomasa powstaje w wyniku reakcji fotosyntezy przebiegającej pod wpływem promieniowania słonecznego. Nowe doświadczenia wykazały ze woda rozkłada się pod wpływem energii promieniowania słonecznego zgodnie z reakcją : CO2+ 2H2O-> O2 +H2O +(CH2O) +470kJ Wykorzystanie biomasy w warunkach polskich naturalnych Kierunkiem rozwoju wykorzystania biopaliw stałych jest i będzie produkcja ciepła. W dużej perspektywie przewiduje się wykorzystanie biopaliw wytwarzających energię cieplną i elektryczną. Rozwój sektora biopaliw płynnych zalżeć będzie od przyjętych rozwiązań polityczno-legislacyjnych. Struktura energetycznego wykorzystania biomasy w UE wg. obliczeńAEBIOM jest następujące 92%b wykorzystywane jest w produkcji ciepła ,7% do produkcji energiielektr. Oraz1% do produkcji paliw transportowych. Wykorzystanie biomasy zwiększa lokalne bezpieczeństwo spalanie biopaliw stałych ,przetwarzania
W Polsce roczny potencjał energii biomasy, który można zagospodarować szacuje się na: -Ponad 20 mln ton słomy odpadowej -4 mln ton odpadów drzewnych -6 mln ton osadów ściekowych w tym odpadów przemysłu papierniczego, spożywczego, mięsnego i odpady komunalne W sumie około 30 mln ton biomasy, co energetycznie równoważne jest 15 – 20 mln ton węgla. Wartośc kaloryczna opałowa jest dwukrotnie mniejsza: -Słoma żółta 14,3 MJ/kg -Słoma szara 15,2 -Drewno odpadowe 13 (węgiel 21) (gaz ziemny 28) Potencjał nie jest do końca możliwy do wykorzystania choć możliwości są większe DREWNO 50% C; 43% O2; 6% N, <1% zw mineralne Wartość opałowa 10-18 MJ/kg -Większość odpadów z biomasy drzewnych, w przemyśle drzewnym -Szacuje się, że ze 100cm3 drewna pozyskiwanego z gospodarki leśnej otrzymuje się po przeróbce do 60% odpadów w tym 15m3 drobnica gałęziowa, 10m3 kora, 20m3 ściny, obrzyny, 36m3 trociny oraz 20-25 produktów z grubizny. -60% stanowią odpady – 15,5 mln m3 przerabiamy => pozytywny wynik tego do wykorzystania (60%); potencjalnie stosunkowo duża ilość możliwa do zagospodarowania. Ilosc biomasy powstającej w przemyśle (ilość odpadów) -Przemysł tartaczny bardzo duża ilość 4680 t -Przemysł meblarski 1050 -Przemysł płyt drewno pochodnych 955 -Przemysł stolarki budowlanej 105 TOPOLA – najlepsze do uprawy na biomasę w naszym klimacie najszybciej rośnie. Topola 43 Mg/rok ha Eukaliptusy w Brazyli 65 Mg/rok ha -W skali krajowej rynek drzewny odpadów przemysłowych jest zrównoważony czyloi powstające odpady są całkowicie zagospodarowane, głównie w przemyśle przerabiającym drewno oraz przemysłach przetwórczych -Przewiduje się plantacje na przyszłość do celów pozyskiwania biomasy. WIERZBA KRZEWIASTA – można wykorzystać około 3000ha północno wschodniej polski tam mogły by być takie plantacje zakładane. Plantacje mają w większości charakter kilkukilometrowych upraw z przeznaczeniem na potrzeby własne, rzadziej komunalne kotłownie na biomasę. Poza wierzbą plantacje – malwy, róży bezkońcowej WIERZBA ENERGETYCZNA Zainteresowanie wynika z: -Możliwości odtworzenia źródeł surowców, wykorzystania ziem leżących odłogiem, wykorzystania ziem skażonych i osadów ściekowych, uaktywnienia gospodarcze terenów miejskich -Podstawowym czynnikiem______ wykorzystania roślin jest niekorzystny stosunek energii wyjściowej od wejściowej. Alternatywą są szybko rosnące krzewiaste wierzby, którym biomasa może być wykorzystywana do chemicznego przetworzenia i jako odnawialne ekologiczne paliwo. -Wierzba wiciowa => najlepsze wyniki => przewidywana wydajność energetyczna w 2015 – 3306 GJ/ha rok -Wierzby z hodowli musza spełniać warunki: odpowiedni gatunek, możliwość łatwego rozmnażania wegetatywnego, szybkiego wzrostu i dużej produkcji na jednym miejscu 20 -30 lat można uprawiać wierzbę – odporna na temperaturę na owady. Nie prawda że nadaje się każdy gat wierzby musi mieć dobrą produktywność, wydajność oraz wysoką jakość drewna dla celów energetycznych.
Celowość zakładania plantacji energetycznej:
· Duża gęstość
· Bardzo niska zawartość w spalinach dwutlenku siarki i innych substancji szkodliwych
· Niska zawartość popiołu
· Produkowane bez udziału lepiszcza bez szkodliwych substancji
· Możliwość zastosowania w różnych typach kotłów i kominków
· Źródło w pełni odnawialne
· Korzystna alternatywa dla węgla
· Brak opłat za emisje zanieczyszczeń do powietrza
· Stosowanie pozwala obniżyć niską emisje
· Najmniejszy koszt wytworzenia jednostki energii cieplnej w porównaniu z innymi paliwami
· Możliwie szybki rozwój technologiczny i wzrost sprzedaży wysokosprawnych kotłów do spalania biomasy, kominków grzewczych
· Eliminuje konieczność wydatków na wzrastające ceny drewna opałowego, paliw kopalnych.
· Można zagospodarować grunty o kiepskiej jakości => grunty marginalne
Zachęcanie rolników do produkcji wierzby ma sens, Gdy są odbiorcy, gdy koszt i zysk SA w odpowiednim przedziale, dodatkowo fundusze od UE
Technologia uprawy => odpowiednie plony (gatunek, miękość, odmiana) gleby os 4,5 do 7,6 pH – powyżej źle tolerowany III, IV i V _______, tereny podmokłe. Zarobki są wątpliwe duże koszta samych plonów. Sztober odcinek pędów według norm branżowych długość 23cm i grubość 0,7 – 1,5 cm.
Także areał na plantacje znajduje się => wierzba jest ratunkiem na wykorzystanie + dotacje = opłacalne
Uprawa wierzby => duże znaczenie w ochronie gleb – rekultywacja terenów poprzemysłowych, tworzenie stref ochronnych wokół zakładów przemysłowych, wysypisk śmieci, piaskowni. Niekorzystne w trakcie powodzi, tworzy się plantacje w celu degradacji osadów ściekowych.
Drewno wierzbowe bogate w celulozę: jednoroczne około 49%, 3 letnie pędy 52% - korzystniejsza sprzedaż.
Przydatność wzrasta gdy pozyskuje się pędy w dłuższych cyklach rotacji (3-4 letnie)
· Trzeba zwrócić uwagę do jakiego stopnia jest to opłacalne. Ograniczone możliwości. Powinno się tworzyć takie plantacje ale nie oczekiwać cudów.
Opłacalność uprawy wierzby energetycznej przy obsadzie 40 000 rzeczoznawcy leśnego.
1 Slajd
Słoma energetyczna
Słoma wykorzystywana do celow energetycznych wchodzi w sklad grupy paliw odnawialnych, które wraz z biogazem i biopaliwami plynnymi tworzy grupe paliw.
W Polsce w strukturze produkcji dominuje słoma:
-zbóż 92,6%
-roślin oleistych jak rzepak 5,1 %
-roslin straczkowych 2,3 %
sPalaniu slomy towarzyszy sladowa emisja so2, a wartość nox jest jak z kotłowni weglowych. Ograniczenie nox jest możliwe przy spalaniu w temp 850 – 1100 stopni C. Pyły 10-15 mikrometra usowa się filtrami. Popioł to 3-5%. Popiół zawiera glownie potas wiec może być stosowany jako nawóz.
2 Slajd
Roczna ilość produkcji slomy zalezy od powierzchni upraw, wielkości plonow, gatunku i odmiany roslin, nawozenia, warunkow pogodowych. Zbiory slomy przewyższają jej zapotrzebowanie (pasza,ściółka). Produkcja polska to 29,3 mln ton/rok, nadwyzka 11,5 mln ton = 7,7(5,4)mln ton wegla sredniej jakości. Potencjal energetyczny slomy jest Duzy i może pokryc nawet 4% zapotrzebowania na energie pierwotna.
Energia 1 kg slomy o wilg 15% wynosi 14,3 MJ co się rowna 0,81 kg drewna lub 0,41 m3 gazu ziemnego. Energia 1,5 t slomy = 1 t wegla sredniej jakości. Słomy Można używać do ogrzewania mieszkan.
Kotly do spalania słomy
Słoma może być spalana w postaci sieczki, granulatu (mini brykiety), pyłu, całych balotów 450 – 500 kg lub balotów poszarpanych. Baloty mogą być mokre, czesc ciepla jest tracona na odparowanie wilgoci. Jako paliwo dostarczane do Kotla sloma jest niejednorodna, z rozna zawartością czesci mineralnych i wilgoci. Lotne składniki slomy to 70 %.
Sloma po zbiorze (żółta) 5-10 % subst. Niepalnych(popiół)
Sprasowana (szara) po tygodniu na polu i przemywaniu przez deszcz 1-3 % popiolu
Przy konwencjonalnym spalaniu sprawność procesu to 35 -70%. Przyczyna, niewystarczające wymieszanie z powietrzem w skutek czego wiele czesci palnych się nie spala. Warunkiem spalanie jest wilgoc <20%, najlepiej 15%.
Nowoczesne kotly pozwalaja na spalanie ze sprawnością 80 – 90% przy bardzo niskiej emisji gazów.
W trakcie spalania slomy gazy palne i niedopalne czesci paliwa, wymagaja dopalenia w temp. 800 stopni C.
Można wymienic 3 główne typy kotłów na słomę:
1. Kotly ze spalaniem „cygarowym” całych bel. Duże kotly zasilające sieci ciepłownicze i elektrocieplowe, wyposażone w systemy załadunku calymi belami slomy, tzw. belami Hestona o masie do 500kg
2. Kotly do sieczki – stosowane dlamalych i średnich mocy cieplnych. Podawanie z sieczkarmni slomy prasowanej przez system podajników ślimakowych lub transportem pneumatycznym. Paliwo podawane w sposób ciągly.
3. kotly ze spalaniem przeciwprądowym calych bel, które stosuje się do malych i średnich (okrągłych) bel slomy. Jest to kombinacja gazyfikacji biopaliwa oraz spalania gazu i czastek paliwa w strumieniu powietrza.
Tanie kotly o wysokiej sprawności sa produkowane w kraju. (przykład przez firmę Ekopol, lub model ekopol)
Funkcjonowanie i charakterystyka przeciwprądowego:
1. kociol ladowany jest pliwem w postaci 1 lub kilku beli, a spalanie odbywa się Az do wypalenie wssadu
2. odpowiedni kształt gardzieli wykonanej z ceramiki gwarantuje wysoka temperature spalania
3. gazy w komorze spalania nie powinny mieć poniżej 800 stopni C
4. nawiew powier=trza regulowany jest sterownikiem temp. Spalin w czopuchu
5. w trakcie spalania balotow gdy rosnie wolna powierzchnia slomy chlodzaca plomienie, nadmuch powietrza do spalania jest zwiekszony dla zapewnienia odpowiedniej temperatury komorze spalania gazów
Specyfikacja pracy instalacji grzewczych z kotlami na slome polega na zdolności akumulacji ciepla powstałego w procesie spalania sprasowanej slomy i nastepnie ponownym oddawaniu do instalacji centralnego ogrzewania. Spalanie trwa od 1 -2 godzin a zasilanie centralnego ogrzewania od 4-7 godz.
Zasobnik na cieplo 3 m3 dla malych kotlow, do 30 m3 dla kotlow średnich na okragle bele
Duzym problemem w dalszym rozwoju i wykorzystaniu biomasy może być brak maszyn dla drobnych użytkowników zarówno do granulowania lub brykietowania odpadow drewna oraz belowania (balotowania slomy)
Wykorzystanie koto na slome do ogrzeania domow jednorodzinnych
Szacuje się ze do ogrzania domu jednorodzinnego potrzebne SA zbiory slomy z powierzchni ok. 5 ha. Kotly w większości gospodarstw wlaczone do sieci centralnego ogrzeania obok tradycyjnego pieca,co pozwala zachowac bezpoeczenstwp energetyczne na wypadek braku slomy.
Czynnikime ograniczającym szarokie zastosowanie slomy jako paliwa SA wysokie koszty inwestycyjne,przy niższych kosztach eksploatacyjnych. Niezalezne szacunki kosztow do celow eneregetyczznych wskazuja,ze cena pozyskania jednej tony slomy oparta na kosztach przygotowania lomy do spalania wynosi od 80 do 100 zl na tone. Istotnym warunkiem efektywności ekonomicznej jest stopien wykorzystania mocy Kotla. Badania w gospodarstwach rolnych które były wyposażone w kotly o mocy 488 kW wykazaly ekonomiczność inwestycji przy uzyciu rocznym równoważnym ok. 10 ton wegla.’
Zastapienie kotłowni weglowych kotłowniami opalanymi drwenem opalowym i sloma spelnia warunki ustawy o wspieraniu przedsięwzięć termo modernizacyjnej. Warunkiem korzystania z kredytow oraz 25-cio % premii termo modernizacyjnej jest ulepszenie w wyniku którego nastepuje zmniejszenie rocznych strat energii pierwotnej w lokalnym zrodle ciepla i w lokalnej sieci ciepłowniczej- co najmiej o 25%. Wymagane jest tez aby kredyt w wysokosci do 80% kosztow inwestycji mogl być splacony w okresi do 7 lat z oszzednosci uzyskanych na kosztach eksploatacyjnych a zdyskontowania wartość netto, wynikajaca z audytu energetycznego była dodatnia. Calkowita lub czeciowa zamiana konwencjonalnych źródeł energii na zrodla niekonwencjonalne w tym zrodla odnawialne umozliwa korzystanie z powyższego funduszu termo modernizacyjnego i uzyskanie premii termo-modernizacyjnej w wysokości 25 % zaciągniętego kredytu.
Miskant olbrzymi
Powstal w Danii w yniku skrzyżowania miskanta chiskiego z cukrowym. Miskant olbrzymi jest okazala trwa kepowa skladajaca się z glebowego bardzo silnego systemu korzeniowego (nawet do 2,5 m w glab ziemi) oraz czesci naziemnej osiągającej wyskosc do 350m. srednica pedow waha się od 1 do 3 cm. Miskant poczatkowo występował jako roslina ozdobna,dopiero od kilkunastu lat zostaje skutecznie wykorzystywany na cele energetyczne(plantacje).
Cechy charakterystyczne:
-szybki wzrost (szczególnie widoczny w upalnych latach)
-wysoki plon biomasy z jednostki powierzchni
-male wymagania glebowe (dobrze zachowuje się nawet na glebach V i VI klasy).
Pelnie rozwoju miskant osiaga w trzecim sezonie wegetacyjnym dlatego szczegolna uwage nalzey zwrocic na staranne przygotowanie gleby przed wysadzenia roslin. Gatunek Miscanthus gigantues (gatunek triploidalny) jest sterylny,oznacza to ze nie wytwarza nasion na drodze rozmanazania generatywnego może być rozmnazany za pomoca podzialu podziemnych klaczy lub poprzez sadzonki otrzymane za pomoca kutur „In vitro”. Produtkywnosc prawy miskanta olbrzymiego wynosi od ok. 10 do 30 ton/ha suchej masy,wartość opalowa waha się od 14 do 17 MJ/kg. Trwałość plantacji okrelsa się na ok. 15 lat.
Ślazowiec pensylwański (malwa pensylwańska-SIda hermaphorodita R.)
Rodzaj sida należący do rodziny ślazowatych(Malvaccae), obejmuje kilkaset gatunkow roslin jednorocznych,wieloletnich i krzewow wystepujach w tropikalnych i subtropikalnych strefach kuli ziemskiej.
Gatunek siada hermaphorodita jest roslina wieloletnia,polikarpiczna o corocznie zamierających pedach. Dzzieki istnieniu paczkow wzrostowych na korzeniach w strefie przylodygowej,roslina corocznie odrasta zwiększając liczbe łodyg do jednej w pierwszym Rosku do kilkunastu w drugim i 20-30 trzecim i czwartym i nastepnych latach.
Nasiona ślazowca uzyskane w warunkach Polski bezpośrednio po zbierze slabo kiełkują. Maksymalna zdolnosc kielkowania uzysuja dopiero po specjalistycznym uszlachetnianiu w pierwszym roku od zbioru. Dłuższe przechowywanie prowadzi do stopniowego spadku liczby kiełkujących nasion. Niska zdolnosc kielkowania w zacznym stopniu spowodowana jest wystepowaniem nasion twardych.
Na przykładzie kształtu lisci można zaobserwowac Duzy polimorfizm u ślazowca. W lanie występują rosliny z liscmi o obszarach waskich,dlugich klapkach oraz rosliny tworzące liscie o klapkach szerokich i kockich. Można wyodrębnić formy mniej ulistnione,tzw łodygowe,bardziej przydatne do spalania (biomasa) i formy silniej ulistnione,bardziej predestynowane do produkcji biogazu oraz jako pasza dla zwierzat. Miedzy tymi dwoma skrajnyi kztaltami wysepuje wiele form pośrednich. Blaszki liściowe mogą mieć bardziej intensywna,ciemnozielona przez jasnozielona do seledynowej. Lisciepokryte SA mniej lub bardziej wloskami. Pod koniec okresy wegetacyjnego wyskosci pedu miesci się w granicach 40-0cm a niektóre zakwitaja. W kolejnych latach wegetacji pedy SA dobrze sulitnione,okragle o średnicy 5 do 40 mm. Grubosc pedow w duzym stopniu zalezy od rozstawy roslin. Ich wyskosc pod koniec okresu wegetacji moe przekraczac 400cm.
Znaczenie gospodarcze
Najwazniejszym obecnie kierunkiem uzytkowania ślazowca jest wykorzystanie jego biomasy jako odnawialnego zrodla energii. Doskonale nadaja się do produkcji brykietu opalowego czy peleton. Lodygi ślazowca w wartościach ciepla spalania porownywalnesa z drewnem bukowym. Cieńsze lodygi ślazowca charakteryzuja się większym cieplem spalania a na taka ciece plantator może wpływać przez dobor odpowiednich zabiegow agrotechnicznych.
Istnieje możliwość wykorzystania jej jako rosliny pastwnej w żywieniu ziwerzta ze względu na duza zawartość zwiazkow białkowych. Pasza i energi to nie wszytsko. Ślazowiec jest orslina miododajna,wydajność wynosi do 143kg hektara.Kolejna zaleta tej rosliny jest możliwość wykorzystania jej w przmysle celulozowo-papierniczym,ponieważ zawartość celulozy, zywic i wosku w lodygach ślazowca jest porownywalna ze swierkiem i sosna. Trwałość plantacji ślazowca wydaje się czynic ten gatunek wyjatkowo nadającym się do rekultywacji terenow zdegradowanych chemicznie oraz ponownego wykorzystania gruntow odlogowych. Ślazowiec może służyć tez do nasadzen w pacsach przydrożnych,chroniących inne uprawy przed zanieczyszczeniami komunikacyjnymi, a tkaze do worzenia tzw remiz śródpolnych. Jako roslina kwitnaca Az do przymrozkow jesiennych stanowi dobry pozytek pszczeli. Ślazowiec zawiera tez substancje zblizowne do żywokostu lekarskiego i może być wykorzystywany w przemysle farmaceutycznym.
Biopaliwa – Produkty rolne zboża, rzepak, buraki w procesie fermentacji lub estryfikacji przetworzyć na paliwa np. benzynę lub olej napędowy. W Polsce i Europie dobry klimat jest do uprawy rzepaku. (RME – Raps Metyl Ester) Po dodanie metanu uzyskuje się 1143 kg biopaliwa, 122 kg gliceryny (produkt uboczny niepożądany).
Paliwa uzyskiwane z jednego ha umożliwiają prace w polu przez 260h (ok. 2 mies). Rzepak objęty jest dotacjami z UE, Bez dotacji uprawa jest nieopłacalna.
Rzepak -> RME
Soja -> SME lub olej palmowy PME
Istnieje nadzieja na zastąpienie biopaliwami oleju napędowego. Duże uprawy Soi w Azji.
Podczas spalania 40%mniej węglowodorów, 50%mniej sadzy, 40%mniej pyłów – poziom CO2 nie ulega zmianie, Poziom NOX nie ulega zmianie.
Paliwo przyjazne środowisku.
Oleje roślinne można przetworzyć używać metanolu w obecności pewnej ilości alkoholanu potasu lub sodu (0,3% wagowo ługu potasowego lub so sodowego reaguje z odpowiednią ilością metanolu jako katalizatora do estrów metylowych kwasów tłuszczowych tj. ekopaliwa które w przypadku oleju rzepakowego oznacza się skrótem EMR. Ester metylowy oleju rzepakowego oraz wysokowartościowej gliceryny stanowi ok. 10% wagowo uzyskanych produktów. Oba produkty nie mieszają się ze sobą co ułatwia ich fiz rozkład. Proces estryfikacji przebiega pod normalnym ciśnieniem w temp 60-70stopni C.
W metodach przemysłowych produkcja biopaliwa z oleju rzepakowego stosuje się najczęściej technologie gorące (temp ok. 240stopni C)
MINI WYTWÓRNIA
400l oleju rzepakowego / 60l metanolu / 7kg katalizatora >> 340l paliwa / 100kg gliceryny / 200-230 wytłoków rzepakowych.
Jakość paliwa określa liczba cetonowa LC. Dla biopaliw w obszarze 40-60. Śladowe ilości siarki (100razy mniejsze niż w paliwach z ropy naftowej) Ulegają szybkiej biodegradacji w glebie. Całkowity rozkład – 3 tyg. Biopaliwa nie wymagają zmian w silnikach samochodowych. W PL dozwolone jest mieszanie Biopaliw z paliwami z ropy w pewnym %.
Uprawa rzepaku wymaga dużej ilości nawozu (azotowych, pestycydów herbicydów) uwzględniając wszystkie nakłady obecnie produkcja jest bardzo droga.
Metanol – surowiec do produkcji biopaliw z gazu naturalnego lub gazyfikacji biomasy. Procesy te badane są na całym świecie jak najtaniej wykorzystać. Główne rozmowy dotyczą wodoru, już dostane są procesy które pozwalają oddzielić wodór jednak na dzień dzisiejszy kłopotliwe i zbyt drogie.
Fusy Kawy a Biopaliwa
100% ekstrahowanego oleju z fusów kawy można wykorzystać do produkcji biodiesela. Ze wzgl na obecność anty-utleniaczy w kawie wyprodukowany diesel cechuje się dużą trwałością.
Bilans energetyczny
Uprawa rzepaku od zaorania, siewu, zbioru, do otrzymania nasion ( 21,6GJ/ha) tłoczenie oleju (7,9 GJ/ha) trans estryfikacja (6,8 GJ/ha) Razem (36,6 GJ/ha)
Energia pozyskana:
1,3 m3 biopaliwa RME o wartości energetycznej (42,5 GJ/ha), wartość energetyczna słomy rzepakowej (59,4 GJ/ha) wytłoki (10,6GJ/ha) gliceryna (11,2 GJ/ha) Razem ( 123,7 GJ/ha)
Przybliżony koszt produkcji
2630 PLN
Przychód:
3100 PLN
Netto
470 PLN/ha
...