preskočiť na hlavný obsah

Biomasa ako palivo

krb

Z hľadiska svojej perspektívy je biomasa považovaná za kľúčový obnoviteľný zdroj energie na úrovni malých i veľkých technologických celkov. Už dnes sa podieľa asi 14 percentami na celosvetovej spotrebe primárnych energetických zdrojov.

Pre tri štvrtiny obyvateľstva Zeme, prevažne v rozvojových krajinách, je najdôležitejším palivovým zdrojom. Jej podiel na spotrebe energie v týchto krajinách predstavuje v priemere asi 38 % (v niektorých krajinách až 90 %). Biomasa je významným zdrojom aj v niektorých rozvinutých krajinách. Vo Švédsku alebo v susednom Rakúsku sa podieľa asi 15 % na spotrebe energie. Navyše biomasa pestovaná na výrobu etanolu by dokázala nahradiť viac ako 50 % dovážanej ropy. Najrozšírenejšie palivo z biomasy je drevo. Môže byť využívané ako kusové, ako drevný odpad (štiepky alebo pelety), alebo môže byť špeciálne pestované ako energetická rastlina (napríklad vŕba). Existujú však aj iné zdroje, ktoré sú významné v energetickej bilancii mnohých krajín. Patria k nim aj organické zvyšky z poľnohospodárskej výroby, napríklad slama. Biomasou je aj bioplyn získavaný zo skládok komunálneho odpadu, čističiek odpadových vôd alebo hnojovice zo živočíšnej výroby.

Energetická hodnota

Vzhľadom na rôzne formy biomasy, je v nich obsiahnuté rôzne množstvo energie. Energetický obsah suchých rastlín (obsah vlhkosti 15 – 20 %) sa pohybuje okolo 14 MJ/kg. Úplne suchú biomasu môžeme z pohľadu energetického obsahu porovnávať s uhlím (výhrevnosť hnedého uhlia je 10 až 20 MJ/kg, výhrevnosť čierneho uhlia je 30 MJ/kg). V čase zberu obsahuje biomasa veľké množstvo vody: 8 až 20 % slama, 30 až 60 % drevo. Obsah vody v uhlí sa pohybuje medzi 2 a 12 %. Z toho vyplýva, že energia z biomasy je v čase zberu nižšia, ako v prípade uhlia. Chemické zloženie biomasy z nej robí podstatne ekologickejšie palivo ako je uhlie. Súvisí to s nižším obsahom síry. Z hľadiska znižovania emisií síry a obmedzovania kyslého spádu (kyslé dažde) má využívanie biomasy tiež veľký význam, nakoľko obsah síry v nej je podstatne nižší ako v uhlí a rope. Navyše biomasu je možné primiešavať do uhlia a tak ďalej znižovať emisie síry v klasických elektrárňach alebo kotolniach. Množstvo popola je tiež nižšie ako v prípade uhlia. Navyše, tento popol neobsahuje toxické kovy a pre obsah živín ho možno využiť ako hnojivo.

Využívanie biomasy na energetické účely poskytuje aj ďalšie ekologické výhody. Medzi najdôležitejšie patrí zlepšenie kvality lesov, vôd alebo zamedzenie erózie pôdy. Nevýhodou biomasy ako paliva je, že takmer všetky druhy surovej biomasy podliehajú v normálnych podmienkach rýchlemu rozkladu. Z tohto dôvodu je len málo z nich vhodných na dlhodobé skladovanie. Vzhľadom na ich relatívne nízku energetickú hustotu sú aj náklady na ich dopravu relatívne vysoké. Preto sa stále hľadajú cesty, ako čo najužitočnejšie využiť tento zdroj energie.

Procesy využívané na výrobu energie z biomasy
-    priame spaľovanie
-    termochemické procesy na zvýšenie kvality biopaliva (pyrolýza, splyňovanie)
-    biologické procesy (aneróbne hnitie, fermentácia) – výsledkom je produkcia
    plynných a kvapalných biopalív

Výroba energie z biomasy

Hoci priame spaľovanie je najjednoduchšou a najbežnejšou metódou využitia energie biomasy, nie vždy je to účinný proces. Príkladom môže byť zohriatie vody nad ohňom. Energetický obsah 1 m3 suchého dreva je asi 10 GJ alebo 10 milión kJ. Na zvýšenie teploty jedného litra vody o jeden stupeň je potrebných 4,2 kJ tepla. Na zovretie litra vody by preto malo postačiť asi 400 kJ, čo zodpovedá približne 40 kubickým centimetrov dreva. V praxi však pri otvorenom ohni potrebujeme oveľa viac dreva, často až 50-krát viac, čo znamená že účinnosť spaľovacieho procesu pri otvorenom ohni je asi 2 %. Súvisí to s tým, že väčšia časť energie dreva uniká bez úžitku.

Pyrolýza

Pyrolýza je jednoduchý a pravdepodobne najstarší spôsob úpravy biomasy na palivo vyššej kvality – drevené uhlie. Na jeho výrobu je okrem dreva možné využiť aj iné suroviny, napríklad slamu. Pyrolýza spočíva v zohrievaní biomasy v neprítomnosti vzduchu na teplotu 300 - 500 °C, až kým z nej neuniknú všetky prchavé látky. Zvyšok – drevné uhlie  je palivo, ktoré má takmer dvojnásobnú energetickú hustotu v porovnaní so vstupnou surovinou. Nižšie emisie pri pyrolýze viedli aj k pokusom so spaľovaním plastov a pneumatík.

Splyňovanie

Celý proces je založený na nedokonalom (čiastočnom) horení a ohrievaní biomasy teplom vznikajúcom pri horení. Produktom je zmes plynov s vysokou energetickou hodnotou, ktorá môže byť použitá na výrobu tepla a elektriny, ale aj v motorových  vozidlách. Nedostatok kyslíka spôsobuje nedokonalé horenie. Pri úplnom horení uhľovodíkov (z ktorých sa drevo skladá) sa kyslík spája s uhlíkom pričom vzniká CO2 a H2O. Pri procese sa uvoľňujú aj iné zložky ako napr. uhlík, ktorý tvorí dym. Teplo vznikajúce pri nedokonalom spaľovaní sa využíva na to, aby sa porušovali väzby medzi uhľovodíkovými atómami. V závislosti na konštrukcii splyňovacieho zariadenia je možné zvýšiť podiel produkovaného metánu alebo iných plynov. Splyňovanie je teda jednoduchý proces výroby plynných palív z pevných palív.

Kotly na spaľovanie dreva

Účinnosť spaľovania je v moderných kotloch veľmi vysoká (75 – 90 %). Zlepšenie bolo dosiahnuté v stavbe spaľovacej komory, dodávke vzduchu a automatickej regulácii spaľovania. Možno v nich spaľovať všetky druhy biomasy (suchú drevnú hmotu, prírodné drevné odpadky cez polená s dĺžkou až 80 cm a priemerom až 30 cm až po drevené brikety alebo pelety). V kotloch by sa však nikdy nemalo spaľovať drevo natreté farbou alebo lepené lepidlom, nakoľko prímesy vedú pri spaľovaní k tvorbe toxických látok.

Kotly s prehorievaním dreva

Najjednoduchšie sú kotly, ktoré pracujú na podobnom princípe ako klasické pece na drevo. Ich usporiadanie je také, že vzduch vniká do kotla v spodnej časti a prechádza hore cez palivo. Drevo prehorieva veľmi rýchlo a plyny nezhoria úplne, pretože teplota kotla je relatívne nízka. Väčšina plynov uniká do komína a spolu s nimi aj užitočná energia. Plyny majú aj veľmi malý priestor na odovzdanie svojej energie inému médiu (napríklad vode). Takéto kotly zväčša nie sú vhodné na spaľovanie dreva, pretože ich účinnosť je nízka (približne 50 %).

Kotly so spodným horením

Vzduch sa neprivádza k celému objemu paliva naraz, pričom horí len spodná vrstva dreva. Zvyšok dreva sa vysušuje a pomaly sa z neho uvoľňujú plyny. Pridaním dodatočného vzduchu priamo do plameňa dochádza k horeniu plynov. V moderných kotloch tohto typu je spaľovacia komora z keramiky, ktorá je dobrým izolátorom a udržuje teplo vo vnútri komory. Tým sa dosahuje vysoká teplota spaľovania a účinnejšie horenie. Bežná účinnosť takýchto kotlov je 65 – 75 %.

Kotly so splyňovaním dreva

Splyňovacie kotly sú najúčinnejšie zariadenia a sú konštruované tak, aby pri horení paliva dochádzalo k pyrolytickej destilácii, pri ktorej sa všetky spáliteľné zložky paliva splyňujú. Spaľovanie prebieha trojstupňovým procesom v jednotlivých zónach kotla: vysúšanie a splyňovanie drevnej hmoty, horenie drevného plynu na tryske s prívodom predohriateho sekundárneho vzduchu, dohorievanie v nechladenom spaľovacom priestore. Takto riadený systém spaľovania zaručuje vysokú účinnosť - často až 90 %. Spaľovací priestor vrátane trysky býva vyrobený zo špeciálnych žiaruvzdorných materiálov. Vzhľadom na vysoký stupeň automatizácie splyňovacích kotlov vznikajú minimálne nároky na obsluhu. Obsah násypky dreva postačí minimálne na 8 - 12 hodín pri strednom výkone kotla. Pri výpadku elektrického prúdu prejde kotol automaticky do tepelnej rezervy. Odstraňovanie popola sa vykonáva približne raz za 3-5 dní. Kotol zvyčajne musí mať samostatný komín, ktorý by mal byť dostatočne tepelne izolovaný.

Slama ako palivo

Odpady z poľnohospodárskej produkcie sú z hľadiska obsahu energie veľmi významným zdrojom. Do tejto skupiny patrí najmä slama alebo hnojovica. Tieto zdroje sú dnes intenzívne využívané vo viacerých krajinách vrátane rozvojových. Slama má vyššiu mernú výhrevnosť ako hnedé uhlie a ako palivo na vykurovanie sa dnes využíva aj v mnohých vyspelých krajinách. Niekoľko stoviek takýchto zariadení na vykurovanie celých obcí alebo poľnohospodárskych podnikov sa nachádza vo Veľkej Británii, Dánsku či Rakúsku. Budovanie spaľovní slamy vo vyspelých krajinách bolo podporované čiastočne z dôvodov ochrany životného prostredia (spaľovanie slamy na poliach je zakázané) a čiastočne aj preto, že je to ekonomicky výhodné a takéto spaľovne poskytujú dodatočný zdroj príjmov pre poľnohospodárov. Pri pohľade na polia je evidentné, že na nich zostávajú milióny ton slamy bez úžitku. Na základe skúseností z vyspelých krajín vyplýva, že z polí je možné bez problémov zozbierať až 35 % odpadov bez dopadu na kvalitu pôdy a budúcu rastlinnú produkciu. Z dánskych údajov vyplýva, že až 59 % slamy je nadbytočnej. Približne jedna pätina z tohto množstva sa v tejto krajine využíva na energetické účely.

Pomer slamy a obilia v našich klimatických podmienkach
- pšenica  1,3 ton slamy/tonu obilia
- ovos  1,1 ton slamy/tonu obilia
- jačmeň 0,8 ton slamy/tonu obilia

Slama dodávaná do spaľovní musí vyhovovať istým požiadavkám. Hlavne obsah vlhkosti je kritickým parametrom. Vlhkosť sa zvyčajne pohybuje na úrovni 10 – 25 %, avšak môže byť i vyššia. Problémom je, že rôzne typy slamy sa počas spaľovania správajú odlišne. Niektoré horia výbušne, kým iné veľmi pomaly, pričom takmer všetok popol zostáva na rošte.

TEXT Ivona Partmanová
FOTO Tonwerk

Tento článok bol uverejnený v SaB október / november 2009 

zdroj: MEDIA/ST spol. s r.o.

Páčil sa vám článok?

áno: 189     nie: 168

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby