Źródła energii odnawialnej Zasoby energii pierwotnej w Polsce Energia odnawialna, stan i perspektywy Energia słoneczna Energia geotermalna Energia wiatru Energia wodna Biomasa Termiczna utylizacja odpadów komunalnych Podsumowanie Literatura Wyszukiwarka |
BiomasaBiomasą nazywamy substancję organiczną powstającą w wyniku procesu fotosyntezy. Wielkość zasobów biomasy na danym terenie zależy od intensywności nasłonecznienia oraz jakości (czystości) gleby i wody. Biomasa jest niczym innym jak zakumulowaną w postaci roślin energią słoneczną. W Polsce możliwe jest uzyskanie około 10 ton biomasy z 1 ha użytków rolnych. Stanowi to równowartość 5 ton węgla kamiennego. W wyniku spalania biomasy, do atmosfery przedostaje się dwutlenek węgla, ale tylko w takiej ilości jaka została pochłonięta przez rośliny podczas wegetacji. Właściwość ta jest istotną zaletą biomasy jako paliwa gdyż jej spalanie nie zwiększa ogólnej emisji gazu cieplarnianego jakim jest dwutlenek węgla.Biomasa, szczególnie odpady drzewne i rolnicze, mogą być bezpośrednio spalane w odpowiednio przystosowanych do tego typu paliw kotłach. Jest to najprostsze rozwiązanie wykorzystania biomasy. W bardziej złożonych przypadkach przetwarza się rośliny na biopaliwa. Źródłem takich paliw mogą być rośliny oleiste takie jak słonecznik, rzepak, soja i orzeszki ziemne. Z innych roślin - ziemniaków, buraków cukrowych i trzciny cukrowej można uzyskać alkohol, który można dodawać do benzyny (do 10%). W Polsce przewiduje się, że do celów energetycznych największe zastosowanie będą miały produkty i odpady rolnicze i leśne takie jak: - słoma roślin zbożowych, - gałęzie ze ścinek sadów i inne odpady produkcji roślin i warzyw, - alkohole z ziemniaków, buraków cukrowych, zbóż jako dodatek do beznyn silników gaźnikowych, - olej rzepakowy jako paliwo do silników wysokoprężnych, - biogaz z nawozu organicznego produkcji zwierzęcej, - biogaz z osadów ściekowych, odpadów komunalnych płynnych i stałych, - drzewa i gałęzie ze ścinek i cięć sanitarnych lasów, - gałęzie z cięć produkcyjnych, - odpady z przemysłu drzewnego, trociny itp., - plantacje lasów energetycznych liściastych. Przydatność biopaliw można określić na podstawie ich wartości opałowej, która w najgorszym przypadku stanowi około 50 % wartości opałowej węgla kamiennego. Jest to więc paliwo o znaczącej kaloryczności, a ponadto mniej uciążliwe dla środowiska naturalnego. Istotną zaletą energii uzyskanej z biomasy jest również jej koszt uzyskania, który jest porównywalny z energią ze źródeł tradycyjnych, a niejednokrotnie jest niższy. Przykładem może być biogaz uzyskiwany z wysypiska, którego koszt pozyskania wynosi od 7 do 25 gr/m3 gazu w zależności od wielkości ujęcia. Typowe wartości opałowe produktów biomasy wynoszą: - słoma żółta 14,3 MJ/kg, - słoma szara 15,2 MJ/kg, - drewno odpadowe 13 MJ/kg, - etanol 25 MJ/kg. Przy średniej kaloryczności węgla na poziomie około 25 MJ/kg, wartość opałowa biopaliw wydaje się być atrakcyjna. Istnieją już w Polsce pierwsze instalacje grzewcze opalane słomą. Produkcje słomy ocenia się na około 25 mln ton rocznie co stanowi już znaczny potencjał energetyczny ( odpowiada to 12,5 mln ton węgla kamiennego). Spalanie słomy jest ekonomiczne tylko w miejscu jej wyprodukowania, dlatego przewiduje się iż, będzie ona jedynie lokalnym źródłem energii, głównie dla celów ogrzewania małych i średnich gospodarstw rolnych. Drugim znaczącym biopaliwem w Polsce jest drewno. Istnieją duże zasoby odpadów drzewnych, które dotychczas były marnowane poprzez spalanie ich na wolnym powietrzu. Źródłami odpadów drzewnych w większości są małe, prywatne warsztaty stolarskie i tartaki. Dużą ilość drewna uzyskuje się również w wyniku pielęgnacji lasów państwowych i zieleni miejskiej. Zasoby drewna odpadowego z samych tylko lasów oceniane są na poziomie 20 mln m3. Rozważa się założenie plantacji roślin szybko rosnących takich jak topola, które będzie można traktować jako stałe źródło biopaliwa. W rolnictwie coraz większego znaczenia nabiera wykorzystanie odchodów zwierzęcych, a w miastach odpadów komunalnych do produkcji biogazu. Otrzymywany biogaz ma następujący skład procentowy: - metan CH4 52 - 85 %, - dwutlenek węgla CO2 14 - 18 %, - siarkowodór H2S 0,08 - 5,5 %, - wodór H2 0 - 5 %, - tlenek węgla CO 0 - 2,1 %, - azot N2 0,6 - 7,5 %, - tlen O2 0 - 1 %. Wartość opałowa biogazu: - z fermentacji odchodów zwierzęcych 21 - 23 MJ/m3, - z odpadów komunalnych 16 - 19 MJ/m3. Dla porównania wartość opałowa gazu ziemnego wynosi 35 MJ/m3. Otrzymywany biogaz jest wykorzystywany przeważnie na miejscu jego wytworzenia. Poniżej przedstawiono przykładową instalację do otrzymywania biogazu na drodze fermentacji gnojowicy. Odchody zwierzęce spływają grawitacyjnie z budynków inwentarskich przez kanał do zbiornika wstępnego. Jego objętość powinna być taka aby można było zgromadzić dwudniową produkcję gnojowicy. Aby uzyskać jednolitą płynną konsystencję w zbiorniku wstępnym zainstalowana jest pompa, która uśrednia skład biomasy. Gnojowica jest zatłaczana do komory fermentacyjnej, która stanowi główny element instalacji. Składa się ona z metalowego zbiornika, mieszadła napędzanego silnikiem elektrycznym i grzejnicy wodnej. Raz dziennie komora fermentacyjna zasilana jest świeżą gnojowicą uzyskaną w ciągu ostatniej doby. Równocześnie taka sama ilość przefermentowanej gnojowicy jest odprowadzana rurą przelewową do zbiornika masy przefermentowanej. Mieszadło w komorze fermentacyjnej jest uruchamiane trzy razy dziennie na czas około 10 minut, co zapewnia równomierną fermentację gnojowicy. W czasie fermentacji gnojowica przemieszcza się z dolnej części komory do górnej. Grzejnica wodna zapewnia odpowiednią temperaturę fermentacji. Jest ona wykonana z pionowych rur tworzących gorący płaszcz wodny. Temperatura fermentacji jest stale utrzymywana na poziomie 40°C. Rys.1 Schemat instalacji do otrzymywania biogazu z odchodów zwierzęcych. Kocioł grzewczy, z którego ciepła woda dostarczana jest do grzejnicy może być zasilany biogazem jak również grzejnikami elektrycznymi. Są one używane w przypadku rozruchu instalacji, gdy niema jeszcze biogazu oraz na wypadek zakłóceń w procesie fermentacji. Nadmiar przefermentowanej gnojowicy za pomocą pompy jest przetłaczany do zbiornika przeznaczonego do jej przechowywania, skąd pobierana jest do celów gospodarstwa. Przefermentowana gnojowica jest znakomitym nawozem, nie wydziela zapachu, nie przyciąga owadów i nie stwarza warunków do rozwoju chwastów. Biogaz jest odprowadzany z komory fermentacyjnej do zbiornika gazu. Na gazociągu odprowadzającym biogaz zainstalowane są następujące urządzenia: - przerywacz płomienia mający za zadanie nie dopuścić do jego przedostania się do wnętrza rury, - zawór bezpieczeństwa zapobiegający przedostaniu się powietrza do rury i wypuszczający nadmiar gazu do atmosfery, - zawór odcinający, - odwadniacz gazu, - odsiarczalnik (biogaz może zawierać do 5,5 % siarkowodoru H2S), - gazomierz w celu kontroli uzysku gazu. Zbiornik biogazu jest typowym zbiornikiem z ruchomym dzwonem. Dzięki temu w zbiorniku panuje niezmienne ciśnienie, bez względu na ilość zmagazynowanego gazu. Ze zbiornika biogaz kierowany jest do budynków mieszkalnych i kotłów grzewczych. Biogaz może być również wykorzystany do napędu agregatów spalinowo-elektrycznych o niewielkich mocach. Czas fermentacji zależy od pochodzenia gnojowicy i w poszczególnych przypadkach wynosi: - gnojowica z bydła od 15 do 30 dni, - z trzody chlewnej od 10 do 15 dni, - z drobiu 20 do 40 dni. Temperatura fermentacji powinna mieścić się w zakresie od 30 do 60 °C, odczyn pH od 6,5 do 8,0 (optymalnie 7,5). Warunkiem koniecznym jest brak dostępu powietrza i światła do komory fermentacyjnej. Uzysk biogazu wynosi: - 1 do 2 m3 biogazu na 1 krowę na dzień, - 0,2 do 0,3 m3 biogazu na 1 świnię na dzień, - 0,8 do 1,4 m3 biogazu na 100 sztuk drobiu na dzień. Na podstawie tych parametrów i wielkości gospodarstwa, można zaprojektować i ocenić celowość montażu instalacji do uzyskania biogazu. Przy dobrej organizacji potencjalne zasoby biogazu w Polsce wynoszą około 6 mld m3/rok, przy założeniu , że 70 % odpadów rolnych byłoby oddawane do biogazowni. Próby szerszego wykorzystania biogazu nie powiodły się ponieważ: - stosowano ciężkie i drogie komory betonowe, - gaz ziemny był konkurencyjny, - nie ma przekonania do produkcji energii odnawialnej i odpadowej. W Polsce rocznie produkuje się około 50 mln m3 biogazu. Dla porównania w Szwajcarii jest to około 1,5 mld m3 biogazu rocznie. Biogaz z wysypisk i odpadów komunalnych ma nieco niższą wartość opałową od biogazu z fermentacji gnojowicy. Z 1 tony odpadów komunalnych powstaje 400 m3 biogazu/rok o zawartości 55 % CH4 i wartości opałowej 16 - 19 MJ/m3. Wysypisko o powierzchni 5 ha i miąższości 4 m w ciągu roku wyprodukuje ponad 200 tysięcy m3 biogazu. Zwrot nakładów inwestycyjnych w tym przypadku jest dość krótki i wynosi 2,5 do 4 lat. Biogaz wykorzystywany jest w ciepłownictwie, produkcji skojarzonej energii elektrycznej i cieplnej. Można go bezpośrednio użyć do ogrzewania lub jako paliwo dla generatora prądu elektrycznego. Głównym powodem pozyskiwania gazu z wysypisk odpadów jest ochrona środowiska. Jest to też opłacalne ekonomicznie. W chwili obecnej nie buduje się wysypisk bez zaprojektowania ujęcia biogazu. Strona Główna |
|