 Sposoby wykorzystania biomasy w celach energetycznych
Polska podpisała do realizacji przyjęty przez Unię Europejską pakiet klimatyczno-energetyczny, który nakłada na nasz kraj obowiązek zrealizowania do 2020 roku: ograniczenia emisji gazów cieplarnianych o 15%, zwiększenia udziału energii pochodzącej z odnawialnych źródeł energii (OŹE) do 20 % w bilansie energii zużywanej (finalnej) oraz poprawy efektywności energetycznej o 20%. W energii z OŹE energia pozyskiwana z biomasy ma mieć udział większy niż 50%. Biomasa i energia z niej pozyskiwana musi również spełniać kryteria zrównoważonej produkcji. Z powyższych względów zainteresowanie biomasą rośnie zarówno wśród energetyków jak również władz regionalnych, które dostrzegają możliwość nowych inwestycji związanych z promowaniem i wykorzystaniem energii odnawialnej.
Biomasa może być przetwarzana na paliwo różnymi sposobami. Ze względu na stan skupienia produktów wyróżnia się biopaliwa stałe, ciekłe (biopłyny) i gazowe (biogaz).
Biogaz - uzyskiwany jest z biomasy pochodzącej z trzech źródeł: wysypisk śmieci, oczyszczalni ścieków i biomasy rolniczej (w tym odpadów z produkcji rolniczej i przetwórstwa). Więcej o produkcji biogazu znajduje się w zakładce: Odnawialne źródła energii w rolnictwie - biogaz1
Biopłyny - otrzymywane są w drodze fermentacji alkoholowej węglowodanów do etanolu, fermentacji butylowej biomasy do butanolu lub z estryfikowanych w biodiesel olejów roślinnych. Więcej o produkcji biogazu znajduje się w zakładce: Odnawialne źródła energii w rolnictwie – biopaliw płynne2.
Biomasa stała – pozyskiwana jest jako produkt docelowy w rolnictwie (np. uprawy wieloletnie roślin energetycznych) i leśnictwie lub też jako odpad (np. słoma).
W Unii Europejskiej przemysł energetyczny ma obowiązek korzystania z biomasy jako paliwa. W przypadku Polski dotyczy to głównie elektrowni i elektrociepłowni węglowych, które wykorzystują biomasę w procesie współspalania. Dla osiągnięcia zaplanowanych celów zwiększenia udziału biomasy w produkcji energii do 2020 roku, największe elektrownie systemowe potrzebowałyby w sumie 11 milionów ton biomasy stałej w stanie suchym. Pokrycie takiego zapotrzebowania wymagałoby przeznaczenia pod produkcję biomasy około 1,1 mln ha, przy średnim plonie 10 t s.m./ha. Przeprowadzone w IUNG-PIB szacunki potencjału teoretycznego, technicznego i ekonomicznego produkcji wierzby, miskanta i ślazowca z uwzględnieniem istotnych uwarunkowań rolniczych i przyrodniczo-środowiskowych doprowadziły do wniosku, że powierzchnia gruntów realnie możliwa do wykorzystania pod produkcję biomasy wynosi 0,34 mln ha, zaś ekonomiczny potencjał biomasy 3,66 mln ton biomasy w stanie suchym. Taka ilość biomasy mogłaby pokryć 33% zapotrzebowania na biomasę 20 największych elektrowni systemowych. Jeśli skonstatować, że elektrownie już dzisiaj wykorzystują pelety ze słomy i założyć, że logistycznie uzasadnione wykorzystanie tego surowca wynosi 30%, to mogły by one z około 9 mln ton zbędnej w rolnictwie słomy wykorzystać ponad 2 mln ton tego surowca. W sumie uwzględniając oba źródła, dałoby to około 6 mln ton biomasy w stanie suchym, co nie przekracza 60% istniejącego zapotrzebowania3.
Spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw kopalnych, gdyż powstanie w procesie spalania dwutlenku węgla jest zredukowane niedawnym pochłanianiem przez te rośliny CO2. Natomiast dwutlenek węgla wprowadzony do środowiska przy spalaniu paliw kopalnych jest dodatkowym gazem cieplarnianym wnoszonym do atmosfery, zwiększającym globalne ocieplenie. Ponadto zawartość szkodliwych pierwiastków (przede wszystkim siarki) w biomasie jest niższa. Używanie biopaliw ma również służyć zmniejszeniu uzależnienia od ropy naftowej. Jednak według niektórych szacunków produkcja i spalanie biopaliwa daje gorszy bilans energetyczny i ekologiczny niż przy produkcji i spalaniu paliw kopalnych a związane jest to z degradacją środowiska (wzrastający areał upraw), dużym zużyciem nawozów sztucznych, nadużyciami w eksploatacji lasów i nieracjonalną gospodarką produktami roślinnymi. Ten ostatni aspekt jest podnoszony przez organizację humanitarne. Dla przykładu Action Aid4 zarzuca państwom narzucającym obowiązek dodawania biokomponentów do paliw oraz dopuszczających import ich z krajów trzecich pogłębianie nędzy i głodu w krajach Trzeciego Świata w wyniku produkcji paliw zamiast żywności. Do najbardziej chyba kontrowersyjnego przejawu wykorzystania energetycznego biomasy należy spalanie ziarna jako biopaliwa.
Biorąc pod uwagę powyższe zarzuty podejmowane są działania ograniczające konkurencyjność w produkcji energii i żywności na terenach rolniczych. Zwraca się coraz większą uwagę na wykorzystanie biomasy pochodzącej z odpadów oraz na rozwój technologii jej efektywnego przetwarzania. Przykładem może być projekt BioBoost, finansowany w ramach 7 Programu Ramowego Wspólnoty Europejskiej. Projekt dedykowany jest opracowaniu technologii zdecentralizowanego przetwarzania odpadów biomasy do wysokoenergetycznych półproduktów. Będą one mogły być wykorzystywane w zakładach systemowych do syntezy paliwa transportowego i innych związków chemicznych lub jako biopaliwo w lokalnych elektrociepłowniach. Zwiększenie udziału biomasy w energii odnawialnej wymaga zastosowania nowych ścieżek konwersji substratów, które są ekonomiczne konkurencyjne, surowcowo elastyczne i energooszczędne. Projekt BioBoost koncentruje się na suchych i mokrych pozostałościach biomasy z rolnictwa i leśnictwa oraz odpadach poprodukcyjnych i komunalnych będących potencjalnym surowcem do zdecentralizowanego przekształcenia biomasy przy zastosowaniu szybkiej pirolizy, pirolizy katalitycznej i hydrotermalnej karbonizacji (HTC). W procesach tych uzyskiwane są półprodukty o zwiększonej zawartości energetycznej – tzw. pośrednie nośniki energii. Mogą one być bezpośrednio wykorzystywane w lokalnych mniejszych zakładach energetycznych jako biopaliwo lub transportowane do dużych zakładów energetycznych czy chemicznych.
W projekcie BioBoost oprócz wcześniej rozpoznanych zasobów, do których należą resztki z produkcji rolniczej, leśnictwa, przemysłu przetwórczego i odpadów komunalnych, zakłada się możliwość wykorzystania biomasy ze źródeł, które nie były do tej pory brane pod uwagę jako bazy surowcowe biomasy energetycznej.
Należą do nich biomasowe odpady z:
- pielęgnacji terenów zielonych w miastach,
- przecinki sadów,
- usuwania biomasy na terenach objętych ochroną przyrody lub pakietami rolno-środowiskowymi.
Zupełnie nowymi szacunkami w skali Europy jest ocena potencjału biomasy z pasów i poboczy przy ciągach komunikacyjnych. W przypadku słomy, która może stanowić podstawowe źródło surowcowe, zagęszczenie energii w półprodukcie (pośrednim nośniku energii) rośnie od 2 do 20-31 GJ/m3. Podobne rezultaty proporcjonalnego podwyższania energetyczności uzyskuje się dla pozostałych surowców.
Katalityczna piroliza redukuje również wiązanie tlenu w półproduktach (w olejach do 13%), co znacząco zwiększa wydajność w uzyskiwaniu energii i produkcji biopaliw. W projekcie wykonane zostaną demonstracyjne instalacje o wydajności 0,5-1 t/h, wykorzystujące technologia szybkiej piroliza i procesów HTC. Obiekty te ulokowane zostaną w wytypowanych regionach, na podstawie badań prowadzonych w IUNG-PIB z użyciem systemów informacji geograficznej. Regiony o dużej dostępności i jakości surowców wyznaczone zostaną metodami geoprzetwarzania danych statystycznych (Eurostat) i dostępnych danych geograficznych (mapy pokrycia terenu, mapy glebowe, mapy sieci komunikacyjnej itp.). Logistyczny model podaży surowca dla wytypowanych regionów pozwoli na określenie kosztów inwestycji oraz optymalnej lokalizacji punktów składowania, oddziałów lokalnych i centralnych. Obiekty te mają stanowi wyodrębniony, samowystarczalny surowcowo klaster zakładów energetycznych. Techniczne, ekonomiczne i środowiskowe modelowanie łańcucha poszczególnych procesów prowadzić ma bezpośrednio do wdrożenia nowych nośników energii w istniejących i planowanych zakładach produkcji ciepła i energii, paliw syntetycznych i innych związków chemicznych. Model przetwarzania biomasy obrazuje schemat przedstawiony na Rycinie 1.
Ryc.1. Proces przetwarzania odpadów biomasowych.
Projekt BioBoost realizowany jest przez trzynaście europejskich instytucji naukowych i komercyjnych. Stronę polską reprezentuje IUNG-PIB. Postępy w pracach nad projektem można śledzić w serwisie internetowym: http://bioboost.eu. Od połowy 2013 roku europejskie zasoby biomasy będą wizualizowane na specjalnie dedykowanym projektowi geoportalu. |
