Rubriky

Stránky jsou archivovány Národní knihovnou ČR

Energie z biomasy

Biomasa vzniká díky dopadající sluneční energii. Jde o hmotu organického původu. Pro energetické účely se využívá odpadů ze zemědělské, potravinářské a lesní produkce nebo cíleně pěstovaných rostlin.

Biomasu rozlišujeme podle obsahu vody na suchou (dřevo, dřevní odpady, sláma a další odpady), mokrou (tekuté odpady – kejda atd.), speciální (olejniny, škrobové a cukernaté plodiny).

Suchou biomasu lze spalovat přímo, případně po mírném vysušení. Působením vysokých teplot je možno ze suché biomasy uvolnit hořlavé plynné složky – dřevoplyn, který se spaluje obdobně jako jiná plynná paliva. Mokrá biomasa se využívá zejména v bioplynových technologiích. Speciální biomasa slouží k získání energetických látek – zejména bionafty nebo lihu.

V zásadě existují dva typy základních procesů:

  • suché procesy (spalování, zplynování)
  • mokré procesy (fermentace – produkce etanolu, anaerobní vyhnívání – produkce bioplynu)

V našich podmínkách lze využívat biomasu

  • odpadní (rostlinné a lesní odpady, organické odpady z průmyslových výrob, odpady ze živočišné výroby a komunální organické odpady),
  • záměrně produkovanou k energetickým účelům, energetické plodiny.

Nejčastěji přicházejí v úvahu přímé spalovací procesy vlastní primární biomasy (např. spalování dřeva), nebo spalování produktů mokrých nebo suchých procesů (bioplyn, dřevoplyn).

Při spalovacích procesech je důležitým vlivem vlhkost a výhřevnost biomasy. Pro informaci jsou uvedeny následující příklady:

Druh biomasy

Obsah vody
[%]
Výhřevnost
[MJ/kg]
Objemová měrná
hmotnost
[kg/m3]
Polena (měkké dřevo)     (volně ložená)
0 18,56 355
10 16,40 375
20 14,28 400
30 12,18 425
40 10,10 450
50 8,10 530
Dřevní štěpka 10 16,40 170
20 14,28 190
30 12,18 210
40 10,10 225
Sláma (obiloviny) 10 15,50 120 (balíky)
Sláma (řepka) 10 16,00 100 (balíky)
Tříděný komunální odpad 20 - 38 9 - 14  
Bioplyn   cca 25 MJ/m3  

Výhřevnost dřeva je srovnatelná s hnědým uhlím. Na druhé straně však objemová měrná hmotnost pevné biomasy je 3 až 10 krát vyšší než je tomu např. u klasických fosilních pevných paliv (vztaženo na výhřevnost). Pak velikost skladovacího prostoru může být limitujícím faktorem.

Biomasu lze použít jako vstupní palivo k výrobě tepla, pro výrobu bioplynu a dřevoplynu, pro výrobu kapalných paliv.

Z uvedeného plyne, že biomasu je vhodné využívat rovněž ke kombinované výrobě tepla a elektřiny (parní kotel + parní turbina, kogenerační jednotka spalující plynné nebo kapalné palivo).

V ČR se biomasa využívá též ke spoluspalování v klasických elektrárnách spalujících pevná paliva (uhlí).

V poslední době se začíná uvažovat o zakládání plantáží rychlerostoucích dřevin pro jejich energetické využití. Nejvhodnější jsou platany, topoly, akáty, olše a zejména vrby. Obmýtní doba je 2 až 8 vegetačních období, životnost plantáže až 20 let, roční výtěžnost cca 10 t/ha. Rychlerostoucí dřeviny mají výhřevnost 12 MJ/kg, vlhkost 25 – 30 %.

Úprava biomasy

Před vstupem do vlastního energetického zařízení musí být biomasa obvykle upravována.

Metody těchto úprav závisí v první řadě na požadovaném druhu a kvalitě hmoty vstupující do vlastního energetického zařízení.

V případě pevné formy biomasy se jedná obvykle o sušení (přirozené nebo umělé) a o rozměrové úpravy (stříhání, sekání, drcení, resp. lisování, briketování, peletování).

Někdy je pevná biomasa před vstupem do vlastního spalovacího zařízení zplyňována v generátorech (výroba dřevoplynu). Vyrobený dřevoplyn může být čištěn a ochlazován nebo být použit přímo.

V případě primární plynné formy (bioplyn) mohou být aplikovány různé metody čištění bioplynu a vyrobený bioplyn je obvykle před dalším použitím komprimován.

Základní údaje o použitelné biomase

Při záměru na energetické využití biomasy je třeba ověřit, jaký druh biomasy připadá v daném případě v úvahu k energetickému využití.

To znamená, že se musí zjistit nebo ověřit následující skutečnosti:

  • formu biomasy
  • skutečnou výhřevnost
  • dostupné a zajištěné roční množství (po celou dobu životnosti zařízení)
  • náklady na její získání (vč. nákladů na dopravu)

V průběhu přípravy projektu je nezbytné zjistit podrobnější a ověřené informace o parametrech a vlastnostech předpokládané využívané biomasy, jako jsou:

  • výhřevnost
  • objemová měrná hmotnost
  • velikost kusů (např. dřeva)
  • obsah vody
  • obsah popela
  • obsah prchavé hořlaviny
  • chemické složení hořlaviny
  • chemické složení popelovin
  • vlastnosti popelovin
  • cena biomasy v místě výskytu (bez dopravy)
  • cena biomasy na vstupu do energetického zdroje
  • reálné možnosti dodávky (v průběhu roku)
  • způsob skladování, kapacita skládky

Ověření reálné dostupnosti potřebného množství biomasy (vč. její ceny na prahu zdroje) je jedním důležitých předpokladů úspěšnosti projektu, zaměřeného na využití biomasy.

Ekologie využívání biomasy k energetickým účelům.

Vzhledem k tomu, že CO2 uvolněný při spalování organické hmoty je znovu absorbován při růstu rostlin, není problém s těmito emisemi. Jde o proces obnovitelný, rostlina uvolní při spálení jen tolik CO2, kolik ho spotřebovala při vlastním růstu, takže spalování biomasy nepřispívá ke skleníkovému efektu.

Jediným příspěvkem ke znečištění ovzduší jsou NOx. Oxidy dusíku vznikají při každém spalování, kde se používá atmosférický vzduch a jejich množství závisí na kvalitě spalování, zejména na teplotě. Při nedokonalém spalování (zvláště mokrého dřeva) vznikají škodlivé látky (např. dehet), které zatěžují životní prostředí.

Ocenění potenciálu výroby energie z biomasy

Obecně se vychází z konečné spotřeby energie stávajícího zásobovaného objektu (obsažena v bilanci stávajícího objektu) nebo z potřeby objektu nového (nutno vypočítat).

Obvykle se však zařízení na energetické využití biomasy instaluje tam, kde již spotřeba energie (tepla, případně elektřiny) existuje. Někdy je možno uvažovat s prodejem elektrické energie (celá výroba nebo přebytky) do elektrovodných sítí. Na základě energetické bilance lze posoudit, jakou část konečné spotřeby je možno krýt zařízením na energetické využití biomasy a jak jej dimenzovat co do objemu roční výroby energie a časového ročního využití.

Z toho vyplyne pak vhodná výkonová dimenze vlastního energetického zařízení. Je samozřejmé, že bude obvykle využito ročního diagramu spotřeby tepla. To umožní i případné dimenzování zařízení na krytí základní části diagramu s tím, že špičkové potřeby budou kryty jiným způsobem než využitím biomasy (pokud to bude technicky a ekonomicky účelné).

V současné době je vykazována roční hrubá výroba elektřiny z biomasy ve výši 1446 GWh/r, což činí cca 2% z brutto spotřeby elektřiny v ČR.