View
9
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Biomasa
Martina Dolenec
5120/BTModul: Odabrana poglavlja zelene kemijeAk. god. 2007./2008.Koordinator modula: dr. sc. M. Jukić, doc.
Zašto biomasa u zelenoj kemiji:
- obnovljivi je izvor energije
- izgaranje biomase koristi se za dobivanje vodene pare za grijanje
u kućanstvu i za potrebe industrijskih procesa
- biomasa se koristi i u termoelektranama kao zamjena za dio
fosilnog goriva
- u elektranama na biomasu električna je učinkovitost povećana za
čak 35 %
- dodatne prednosti biomase su zbrinjavanje i iskorištavanje otpada
i ostataka poljoprivrede, kućanstava i drvne industrije
- smanjuje se emisija štetnih plinova
Obnovljivi izvori energije su:
• sunčeva energija
• energija vjetra
• energija vodenih tokova
• energija vodika
• energija iz biomase
Od ukupne potrošnje obnovljivih izvora energije, 83.6 % bit će
dobiveno iz biomase.
BIOMASA je definirana kao biorazgradivi dijelovi proizvoda,
otpada ili ostataka iz poljoprivrede, šumski otpad i otpad srodnih
industrija kao i biorazgradivi dijelovi industrijskog i gradskog otpada
- biomasu čine proizvodi biljnog i životinjskog svijeta ( u to se
ubrajaju neiskorišteni dijelovi šumarsko – drvne industrije,
poljoprivredne proizvodnje, prehrambene industrije, komunalnog
otpada organskog porijekla ), ostaci pri rezidbi voćki, vinove loze i
maslina, slama, kukurozovina, stabiljike suncokreta
Biomasa dolazi u: čvrstom, tekućem(biodizel,bioetanol, biometanol) i plinovitom stanju(npr. bioplin, plin iz rasplinjavanja biomase, deponijski
plin)
Vrste biomase:
1. Šumska biomasa- ostaci i otpad iz drvne industrije (nastali
redovitim gospodarenjem šumama),
ogrjevno drvo
2. Biomasa iz drvne industrije- ostaci i otpad pri piljenju, brušenju,
blanjanju drva
- upotrebljava se za proizvodnju goriva u
vlastitim kotlovnicama, kao sirovina za
proizvode, itd
- jeftinije i kvalitetnije je gorivo od šumske
biomase
3. Poljoprivredna biomasa- ostaci godišnjih kultura
(slama,kukuruzovina,stabljike, ljuske,
koštice)
- svojstva: heterogenost, niska ogrjevna
moć
4. Energetski nasadi- biljke bogate uljem ili šećerom, s
velikom količinom suhe tvari
- tu se ubrajaju vrbe, topole, eukaliptus,
nasadi brzorastućih trava, jablan ...
- svojstva: veliki prinosi
5. Biomasa sa farmi životinja
- izmet životinja (anaerobna fermentacija), spaljivanje lešina
(npr. peradarske farme)
- bioplin: sastoji se od 60 % metana, 35 % CO2, 5 % smjese vodika,
dušika, amonijaka, sumporovodika, CO, O2 i vodene pare)
6. Etanol i biodizel
- etanol nastaje hidrolizom molekula škroba enzimima u šećer koji
fermentira u alkohol
- biodizel nastaje esterifikacijom biljnih ulja s alkoholom
- svojstva slična motornim gorivima (miješanje ili uporaba u čistom
obliku)
7. Gradski otpad
- “zeleni dio” recikliranog kućnog otpada, biomasa iz parkova i
vrtova, mulj iz kolektora otpadnih voda
- veliki investicijski troškovi, ali uz zbrinjavanje otpada – ekološki
prihvatljivo!
Tehnologije prerade biomase:
1. Zgušnjavanje ( briketiranje i peletiranje ) :
- dolazi do smanjivanja volumena biomase zbog transporta
- faze: usitnjavanje materijala, sušenje, prešanje
( peletiranje i briketiranje ) i hlađenje
2. Biokemijske pretvorbe:
2.1. Anaerobno truljenje2.1. Anaerobno truljenje
- za vlažne sirovine (izmet) – dobivanje bioplina
- svojstva bioplina i trajanje vrenja ovise o temp., tlaku i
svojstvima materijala u digestoru
2.2. Fermentacija2.2. Fermentacija
- proizvodnja bioetanola – zamjena za
benzin (do 20 % udjela u mješavini
bez preinaka motora)
- sirovine: šećer (šećerna trska),
škrob (kukuruz), celuloza (drvo,
poljoprivredni ostaci)
2.3. 2.3. EsterifikacijaEsterifikacija
- proizvodnja biodizela – sličan
mineralnom dizelu (moguća uporaba
u svakom dizel motoru)
- sirovine: biljna ulja, životinjske masti,
otpadna jestiva ulja, najčešće uljana
repica
- svojstva: visoka viskoznost (postiže
se esterifikacijom metanolom), bolja
mazivost - odstranjivanje sumpora i
aromata (za razliku od mineralnog
dizela)
3. Termokemijske pretvorbe:
3.1. Sagorijevanje3.1. Sagorijevanje
1. Zagrijavanje i sušenje
2. Destilacija (isparavanje) hlapljivih sastojaka – piroliza
3. Izgaranje hlapljivih sastojaka
4. Izgaranje čvrstog ugljika
3.2. Rasplinjavanje3.2. Rasplinjavanje
- je termokemijska pretvorba na visokoj temperaturi
(i do 1400 °C) uz ograničen dotok kisika
- povećava se efikasnost proizvodnje električne energij
- sastav plina: CO, CH4, H2, ovisno o dizajnu uređaja za
rasplinjavanje ( protustrujno-odozgo, istostrujno-odozdo
u sloju), temperaturi, vlažnosti i sastavu biomase,
sredstvu rasplinjavanja (zrak/kisik)
- problem : nečistoće u plinu (osjetljive plinske turbine),
skupo pročišćavanje
3.3. 3.3. PirolizaPiroliza
- je termokemijski proces s ograničenim dotokom kisika
(dio procesa sagorijevanja), pri čemu dolazi do
isparavanja hlapljivih sastojaka i proizvodnje tekućeg goriva
(bioulja) što je pogodnije za transport i skladištenje
- ima znatan potencijal (npr. piroliza otpada) ali su potrebna
daljnja ulaganja u istraživanja i razvoj
Uporaba biomase
Elektrane na biomasu:
Na niskom naponu (0,4 kV)
– male kogeneracijske
Na srednjem naponu
(10, 20 i 35 kV) – elektrane
na biomasu i deponijski plin
Na visokom naponu
(110, 220 i 400 kV) –
industrijske i velike
kogeneracijske elektrane
Kogeneracija
- kogeneracija je istodobna proizvodnja električne i toplinske
energije u jedinstvenom procesu, tj. to je proces kombinirane
proizvodnje dva korisna oblika energije iz jednog energetskog
izvora
- u većini kogeneracijskih sustava kemijska energija se pretvara u
mehaničku i toplinsku
- mehanička energija koristi se za proizvodnju električne struje,
dok se toplinska energija koristi za proizvodnju pare,
zagrijavanje vode ili zraka
- osnovna prednost kogeneracije je veća iskoristivost energenta u
odnosu na standardne elektrane koje služe samo za proizvodnju
struje, te industrijske sustave koji služe samo za proizvodnju pare
ili vruće vode za tehničke procese
- glavni razlozi gradnje kogeneracijskih postrojenja je mogućnost
proizvodnje jeftinije struje u odnosu na cijenu struje u električnoj
mreži
Biogoriva
-biogoriva danas predstavljaju najvredniji oblik obnovljivih izvora
energije dobivenih iz biomase
-postoji dvije vrste biogoriva:
• alkoholna (kao zamjena ili dodatak benzinu u
bezinskim motorima)
• biljna ulja (kao zamjena ili dodatak mineralnom gorivu
u dizelskim motorima)
- razlozi pokretanja proizvodnje biogoriva:
1. Poljoprivreda
2. Energetske krize
3. Ekologija
Bioetanol je etanol proizveden iz biomase i/ili biorazgradive
frakcije otpada, a koristi se kao biogorivo.
Etanol se može proizvoditi od tri osnovne vrste biomase:
• šećera (od šećerne trske, melase)
• škroba (od kukuruza)
• celuloze (od drva, poljoprivrednih ostataka)
- sirovine bogate šećerima vrlo su pogodne za proizvodnju etanola,
budući da već sadržavaju jednostavne šećere glukozu i fruktozu
koji mogu fermentirati izravno u etanol
- sirovine bogate škrobom sadržavaju velike molekule
ugljikovodika koje treba razložiti na jednostavne šećere
procesom saharifikacije što povećava troškove
- ugljikovodici u sirovinama bogatim celulozom sastavljeni su
od još većih molekula i trebaju se konvertirati u šećere koji
mogu fermentirati kiselom ili enzimskom hidrolizom
- najznačajnije biljne vrste koje se uzgajaju za proizvodnju
etanola su šećerna trska, slatki sirak i kukuruz
Osnovne faze u procesu proizvodnje etanola su:
1. Priprema sirovine
2. Fermentacija
3. Destilacija etanola
- priprema sirovinepriprema sirovine je hidroliza molekula škroba enzimima u šećer
koji može fermentirati
- uobičajena tehnologija za proizvodnju etanola je fermentacijafermentacija u
peći s običnim kvascem za proizvodnju 8 do 10%-tnog alkohola
nakon 24 do 72 h fermentacije
- nakon toga slijedi destilacijadestilacija tog alkohola u nekoliko faza čime se
dobiva 95 %-tni etanol
- za proizvodnju posve čistog etanola, kakav se koristi za
miješanje s benzinom, dodaje se benzen i nastavlja se
destilacija te se dobiva 98 % - tni etanol
- vodeća zemlja u proizvodnji i primjeni etanola za vozila je
Brazil, u kojem se svake godine proizvede više od 15
milijardi l
- oko 15 % brazilskih vozila se kreće na čisti etanol,
dok preostala koriste 20 % - tnu smjesu s benzinom
Biodizel je neotrovno i biorazgradivo gorivo, a dobiva se
od otpadnog jestivog ulja, uljane repice, soje, suncokreta ili
masnoća životinjskog podrijetla
- po kvaliteti ne zaostaje za lakim uljem dobivenim pri
preradi sirove nafte, pa služi kao pogonsko gorivo za rad
dizelskih motora
Bioplin
- je smjesa plinova nastalih djelovanjem bakterija pri anaerobnoj
razgradnji organskih tvari
- fermentatori su bakterije rodova: Clostridium, Methanobacterium i
Methanosarcina
Zašto pogoni na bioplin:
• zbog dobivanja visoko vrijedne energije
• smanjuje se oslobađanje CO2 i CH4
• smanjuje se intenzitet neugodnih mirisa i
nadražujućeg djelovanja
• korištenje ostataka fermentirane biomase kao
organsko gnojivo u biljnoj proizvodnji
Sastav bioplina
• CH4
- metan je prvi i najvažniji sastojak bioplina, a sama kvaliteta
bioplina mjeri se po udjelu metana
- metan je goriv i eksplozivan
• CO2
- ugljik-dioksid je najizraženiji negorivi sastojak bioplina ali radi
dobrog sagorijevanja nije poželjno njegovo smanjenje ispod 15%
• H2S
- sumporovodik je nepoželjan jer izgaranjem nastaje vrlo korozivna
H2SO3 ili H2SO4 koja uništava opremu za proizvodnju
- potrebno ukloniti H2S kod većih količina od 1 %
• H2O
- voda ili vodena para - spada u negorive sastojke bioplina
- odvajanje vlage obavlja se radi postizanja bolje gorive
vrijednosti (sagorijevanja) i kvalitetnijeg svojstva bioplina
• O2- kisik
- udio kisika u bioplinu je nepoželjan
- količina kisika u bioplinu trebala bi biti ispod 0.5 %
jer i najmanja prisutnost kisika smeta radu anaerobnih
bakterija
Primjer bioplinskog postrojenja – OTPAD "BESPLATNO GORIVO“
- jedan od najvećih problema s kojima se suočava današnje društvo
je zbrinjavanje otpada
- bioplinska postrojenja su rješenje za zbrinjavanje otpada organskog
porijekla koji nastaje u stočarstvu i peradarstvu, naročito kod velikih
uzgajivača
- bioplinska postrojenja "razgrađuju" takav otpad brzo, učinkovito i
profitabilno
- završni produkt biorazgradnje je bioplin – metan, koji
se koristi kao gorivo za proizvodnju električne energije i
kao energent za daljnju uporabu uz dodatne višestruke
koristi
Stanje uporabe biomase u Hrvatskoj
- HR ima veliki šumski potencijal, gotovo 45 % teritorija prekriveno
je šumom
- ima razvijenu drvnu industriju te značajan udjel poljoprivrede u
ukupnom gospodarstvu
- stoga,Hrvatska ima izvrsne osnove za proizvodnju energije iz
biomase!!!
- trenutno se koristi samo oko 4.5 % energije iz biomase i to većinom
na nedjelotvoran način – za grijanje kućanstva
Korištena literatura:
www.nosf.netwww.hrote.hr
www.bio-plin.comwww.nasek.hrwww.energetika-net.hr
www.etfos.hr
Recommended