51
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA DIPLOMSKI RAD br. 152 ANALIZA ODRŽIVOSTI KORIŠTENJA ENERGIJE BIOMASE Martin Brna Zagreb, ožujak 201109.

Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

DIPLOMSKI RAD br. 152

ANALIZA ODRŽIVOSTI KORIŠTENJA ENERGIJE BIOMASE

Martin Brna

Zagreb, ožujak 201109.

Page 2: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja
Page 3: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

ANALIZA ODRŽIVOSTI KORIŠTENJA ENERGIJE BIOMASE

Martin Brna

0036407772

Page 4: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

i

Sažetak Kako bi se ustanovila stvarna ekonomska i energetska održivost upotrebe

biomase kao energenta, potrebno je izvesti temeljitu analizu svih faktora koji

utječu na cijenu, odnosno potrošnju energije u procesu proizvodnje. U ovom radu

analizira se proizvodnja bioetanola, pri čemu se kao sirovina koristi pšenica.

Utvrđeno je da je proizvodnja bioetanola iz pšenice energetski neisplativa, dok

ekonomska isplativost ovisi o razini cijena nafte i naftnih derivata, te državnim

intervencijama.

Page 5: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

ii

Sadržaj

1. Uvod .......................................................................................................... 1

2. O bioetanolu .............................................................................................. 3

3. Proizvodnja bioetanola iz pšenice ............................................................. 5

3.1. Prinos pšenice .................................................................................... 5

3.2. Zakup zemljišta ................................................................................... 5

3.3. Kupnja poljoprivredne mehanizacije ................................................... 6

3.4. Održavanje i obnova mehanizacije ..................................................... 6

3.5. Sjeme ................................................................................................. 6

3.6. Gorivo za poljoprivrednu mehanizaciju ............................................... 7

3.7. Umjetna gnojiva .................................................................................. 8

3.8. Kemikalije i pesticidi .......................................................................... 11

3.9. Zaposlenici u poljoprivrednom segmentu ......................................... 12

3.10. Transport pšenice ............................................................................. 13

3.11. Trošak najma transporta ................................................................... 14

3.12. Pretvorba pšenice u etanol ............................................................... 14

3.13. Izgradnja rafinerije ............................................................................ 15

3.14. Održavanje i pogon rafinerije ............................................................ 16

3.15. Potrošnja prirodnog plina u proizvodnji bioetanola ........................... 16

3.16. Potrošnja električne energije u proizvodnji bioetanola ...................... 17

3.17. Potrošnja vode u proizvodnji bioetanola ........................................... 18

3.18. Potrošnja kemikalija u proizvodnji bioetanola ................................... 19

3.19. Zaposlenici u biorafineriji .................................................................. 20

3.20. Kupnja cisterni .................................................................................. 21

Page 6: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

iii

3.21. Održavanje cisterni ........................................................................... 21

3.22. Transport bioetanola ......................................................................... 21

4. Rezultati .................................................................................................. 22

4.1. Poljoprivredni segment ..................................................................... 22

4.2. Industrijski segment .......................................................................... 25

4.3. Od polja do crpke .............................................................................. 28

5. Analiza rezultata ...................................................................................... 33

6. Zaključak ................................................................................................. 35

7. Literatura ................................................................................................. 36

Page 7: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

iv

Popis tablica

Tablica 4.1 – Energetski i ekonomski troškovi u proizvodnji pšenice ............... 22

Tablica 4.2 – Energetski i ekonomski troškovi u proizvodnji etanola ................ 25

Tablica 4.3 – Energetski i ekonomski troškovi u lancu proizvodnje bio-etanola 31

Page 8: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

v

Popis slika Slika 3.1 – Prinos pšenice .................................................................................. 5

Slika 3.2 – Cijena zakupa zemljišta .................................................................... 5

Slika 3.3 – Potrošnja sjemena pšenice .............................................................. 6

Slika 3.4 – Cijena sjemena pšenice ................................................................... 6

Slika 3.5 – Potrošnja goriva za poljoprivrednu mehanizaciju ............................. 7

Slika 3.6 – Cijena dizela ..................................................................................... 7

Slika 3.7 – Potrošnja uree (46%N) ..................................................................... 8

Slika 3.8 – Potrošnja NPK 15-15-15 ................................................................... 8

Slika 3.9 – Potrošnja NPK 7-20-30 ..................................................................... 8

Slika 3.10 – Cijena uree (46% N) ....................................................................... 9

Slika 3.11 – Cijena NPK 15-15-15 ...................................................................... 9

Slika 3.12 – Cijena NPK 7-20-30 ........................................................................ 9

Slika 3.13 – Potrošnja kemikalija u poljoprivredi .............................................. 11

Slika 3.14 – Cijena kemikalija u poljoprivredi ................................................... 11

Slika 3.15 – Potrošnja pesticida ....................................................................... 11

Slika 3.16 – Cijena pesticida ............................................................................ 12

Slika 3.17 – Potreba za radnicima u poljoprivredi ............................................ 12

Slika 3.18 – Trošak plaće radnika u poljoprivredi ............................................. 12

Slika 3.19 – Udaljenost od polja do rafinerije ................................................... 13

Slika 3.20 – Potrošnja goriva za transport ........................................................ 13

Slika 3.21 – Najam kamiona ............................................................................ 14

Slika 3.22 – Cijena izgradnje rafinerije ............................................................. 15

Slika 3.23 – Energija utrošena za izgradnju rafinerije ...................................... 15

Slika 3.24 – Potrošnja prirodnog plina .............................................................. 16

Page 9: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

vi

Slika 3.25 – Cijena prirodnog plina ................................................................... 16

Slika 3.26 – Potrošnja električne energije ........................................................ 17

Slika 3.27 – Cijena električne energije ............................................................. 17

Slika 3.28 – Energija potrebna za proizvodnju električne energije ................... 18

Slika 3.29 – Potrošnja vode ............................................................................. 18

Slika 3.30 – Cijena vode .................................................................................. 18

Slika 3.31 – Cijena kemikalija u industriji ......................................................... 19

Slika 3.32 – Potreba za radnicima u industriji .................................................. 20

Slika 3.33 – Trošak plaće radnika u industriji ................................................... 20

Slika 3.34 – Udaljenost od rafinerije do crpke .................................................. 21

Slika 4.1 – Prikaz pojedinih energetskih troškova pri uzgoju pšenice .............. 23

Slika 4.2 – Prikaz pojedinih ekonomskih troškova pri uzgoju pšenice .............. 22

Slika 4.3 – Razdioba vjerojatnosti utrošene energije za proizvodnju pšenice .. 24

Slika 4.4 – Razdioba vjerojatnosti cijene proizvodnje pšenice ......................... 24

Slika 4.5 – Prikaz pojedinih energetskih troškova pri proizvodnji etanola ........ 25

Slika 4.6 – Prikaz pojedinih ekonomskih troškova pri proizvodnji etanola ........ 26

Slika 4.7 – Razdioba vjerojatnosti utrošene energije u proizvodnji etanola ...... 26

Slika 4.8 – Razdioba vjerojatnosti cijene proizvodnje etanola .......................... 27

Slika 4.9 – Prikaz energetskih troškova u lancu proizvodnje bio-etanola ......... 28

Slika 4.10 – Usporedba energetskih troškova .................................................. 28

Slika 4.11 – Prikaz ekonomskih troškova u lancu proizvodnje bio-etanola ...... 29

Slika 4.12 – Usporedba ekonomskih troškova ................................................. 29

Slika 4.13 – Razdioba vjerojatnosti utrošene energije u lancu proizvodnje bio-

etanola ................................................................................................................ 30

Slika 4.14 – Razdioba vjerojatnosti cijene lanca proizvodnje bio-etanola ........ 30

Slika 4.15 – Utjecaj pojedinih varijabli na proizvodnu cijenu bioetanola ........... 31

Page 10: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

vii

Slika 4.16 – Utjecaj pojedinih varijabli na utrošak energije pri proizvodnji

bioetanola ............................................................................................................. 32

Page 11: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

1

1. Uvod Biomasa se definira kao živi ili nedavno umrli biološki materijal koji se može

koristiti kao gorivo ili industrijska sirovina. Energija uskladištena u biomasi je

kemijska energija između atoma organskih molekula, a nastaje procesom

fotosinteze iz Sunčeve energije. Iako fosilna goriva također potječu iz biološkog

materijala, ona se ne svrstavaju u biomasu jer sadrže ugljik koji je već dugo izvan

ugljičnog ciklusa, pa njihovo sagorijevanje narušava ravnotežu ugljičnog dioksida

u atmosferi.

Upotreba biomase kao energenta stara je gotovo kao i ljudska civilizacija.

Tragovi upotrebe vatre (pri čemu se kao gorivo, naravno, koristilo drvo) stariji su

od 1.9 milijuna godina. Sve do prve industrijske revolucije sredinom XIX. stoljeća,

drvo je bilo najvažniji izvor energije. Čak i s pojavom novih izvora energije (prvo

ugljena, a zatim i nafte i prirodnog plina), drvo je ostalo vrlo značajan energent do

današnjih dana. S porastom svijesti o štetnim posljedicama povećane proizvodnje

ugljičnog dioksida i ostalih stakleničkih plinova, povećava se značaj upotrebe

biomase u održivom razvoju čovječanstva.

Upotreba biomase se ugrubo može podijeliti na proizvodnju električne energije

direktno iz biomase, te na proizvodnju sekundarnih bioenergenata – bioetanola,

biodizela i bioplina.

Prema nacrtu energetske strategije Republike Hrvatske ([1]), očekuje se da će

ukupna snaga u elektranama na biomasu iznositi 140 MW 2020., te 420 MW

2030. Isto tako, predviđena je godišnja domaća proizvodnja od 344 tisuće tona

biogoriva do 2020. Iz tih brojki očito je da Hrvatska, kao i Europska Unija (a i

Sjedinjene Američke Države) ozbiljno računa na biomasu kao ekološki prihvatljiv i

pouzdan energent budućnosti.

Usprkos svemu tome, uz biomasu su vezane mnoge rasprave. U prvom redu,

postoji opravdan strah od prenamjene zemljišta za proizvodnju hrane u

proizvodnju biomase, čime bi se povećala cijena hrane i pogoršala prehrambena

situacija u zemljama trećeg svijeta. Kriza cijena hrane 2007.-2008. se povezuje s

porastom upotrebe biomase, iako su zasigurno na nju utjecali i mnogi drugi

čimbenici, poput suše i porasta cijene naftnih derivata. Kako bi se izbjegao utjecaj

Page 12: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

2

upotrebe biomase na cijene hrane, ulaže se mnogo napora u razvoj biogoriva

druge generacije, proizvedenih iz neprehrambenih usjeva, poljoprivrednih ostataka

i otpada. Budući da Hrvatska ima velik broj neobrađenih površina pogodnih za

uzgoj sirovina za biogoriva, njihova upotreba ne bi značajnije utjecala na cijene

hrane.

Druga značajna zamjerka biomasi je njezina upitna energetska i ekonomska

isplativost. Iako su na tu temu napravljene brojne studije, one uvelike ovise o

lokalnim prilikama i teško mogu biti univerzalno prihvaćene. Zbog toga je tema

ovog rada proizvodnja bioetanola iz pšenice u hrvatskim uvjetima.

Analizom je obuhvaćen cijeli proces, od sjetve pšenice do transporta

bioetanola. Kako su mnoge ulazne varijable u nekoj mjeri neodređene, što zbog

parametara koji se ne mogu kontrolirati (vremenskih uvjeta, kretanja cijena), što

zbog nedostupnih podataka, i rezultat analize je neodređen, ali ta neodređenost

neće značajnije utjecati na procjenu isplativosti.

Page 13: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

3

2. O bioetanolu Bioetanol se u planovima za budućnost čovječanstva predviđa kao zamjena za

benzinsko gorivo. Bioetanolsko gorivo se primarno proizvodi procesom

fermentacije šećera (kao i većina etanola za ostalu upotrebu). Zbog toga se kao

sirovine za proizvodnju bioetanola uglavnom koriste kulture s visokim udjelom

šećera ili škroba (kukuruz u SAD, pšenica u EU, šećerna trska u Brazilu). Razvoj

druge generacije biogoriva kreće se u dva smjera – proizvodnje etanola iz celuloze

upotrebom specijalnih enzima i kvasaca, te proizvodnje bio-nafte pirolizom cijele

biljke. Procesi druge generacije moći će se upotrebljavati s gotovo svim biljnim

materijalom, čak i travama, drvetom i poljoprivrednim ostacima poput komine i

slame.

Kod pšenice i kukuruza, šećer se nalazi povezan u velike molekule škroba.

Zbog toga je nužna upotreba kiselina i enzima koji razbijaju glikozidne veze

između jedinica glukoze. Taj proces nije potreban kod šećerne trske, jer se kod nje

šećer već nalazi u obliku saharoze.

Slijedeći korak u proizvodnji je mikrobna fermentacija. Dodavanjem vode,

kvasca i odgovarajućih enzima započinje fermentacija jednostavnih šećera

(glukoze, saharoze, fruktoze). Rezultat fermentacije je mješavina vode i etanola,

uz ispuštanje ugljičnog dioksida.

6 12 6 3

3 3 2

3 2 5

2 6

2

C H O CH COCOO HCH COCOO H CH CHO COCH CHO H C H OH

− +

+

+

→ +

+ → +

+ →

Kako bi se omogućila upotreba etanola za gorivo, potrebno je smanjiti udio

vode. Budući da je vrelište etanola niže od vrelišta vode, većinu vode je moguće

eliminirati destilacijom, ali zbog formiranja azeotropa maseni udio etanola u

destilatu je 95.6%. Takav etanol moguće je koristiti kao gorivo, ali za upotrebu u

benzinskim motorima potrebno je daljnjim tretiranjem smanjiti udio vode.

Postoji nekoliko načina dehidracije etanola, ali najčešće se koristi tehnologija

molekularnih sita. Upotreba te tehnologije smanjuje potrošnju energije za više od

800 kJ/l etanola u odnosu na ostale [2] – azeotropsku destilaciju i ekstraktivnu

Page 14: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

4

destilaciju.

Primarna upotreba bioetanola je kao pogonsko gorivo za vozila miješanjem s

benzinom. Etanol ima viši oktanski broj od benzina, čime se povećava efikasnost

motora. Gustoća energije etanola je za trećinu niža od gustoće energije benzina,

pa se smanjuje domet vozila bez stajanja za dolijevanje goriva.

Ipak, najveći problem kod upotrebe bioetanola kao pogonskog goriva je njegova

polarnost koja pogoduje koroziji, pogotovo metala. Zbog toga je etanol nemoguće

prevoziti postojećim cjevovodima, već se koriste isključivo cisterne od nehrđajućeg

čelika, što poskupljuje cijenu i smanjuje energetsku učinkovitost. Također, zbog

korozije je nemoguće koristiti čisti bioetanol u postojećim motorima – najčešće se

koristi smjesa bioetanola i benzina u omjeru 1:9 (E10). Mnoga nova vozila imaju

mogućnost pogona i na čisti bioetanol i na benzin (tzv. vozila s fleksibilnom vrstom

goriva), ali upotreba FFV1

1 FFV: Flexible-fuel Vehicle

sustava povećava i inicijalnu cijenu vozila i troškove

održavanja.

Page 15: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

5

3. Proizvodnja bioetanola iz pšenice Slijede opisi svih ulaznih parametara u proizvodnji bioetanola iz pšenice.

Prikazane raspodjele neodređenosti odgovaraju dostupnim podacima.

3.1. Prinos pšenice

Prema podacima Državnog zavoda za statistiku, prosječan prinos po hektaru

zasijanom pšenicom u posljednjih deset godina iznosi 4,91 tone. Pri tome se on

kretao od 3,72 tone 2003. do 5,41 tone 2004.

3.2. Zakup zemljišta

Prema izvješćima jedinica lokalne samouprave o zakupu poljoprivrednog

zemljišta u državnom vlasništvu, cijena zakupa jednog hektara kreće se od 150 do

350 kn godišnje.

Slika 3.1 – Prinos pšenice [t/ha]

Slika 3.2 – Cijena zakupa zemljišta [kn/ha]

Page 16: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

6

3.3. Kupnja poljoprivredne mehanizacije Prema vlastitom istraživanju, kao i drugim radovima, jedan poljoprivredni stroj

dovoljan je za 100 ha poljoprivredne površine. Prosječna cijena radnog stroja je

720,000 kuna, a njegova težina oko 7,500 kg. S obzirom da je uglavnom riječ o

čeliku, energija utrošena za proizvodnju radnih strojeva iznosi 80 MJ/kg ([3]).

Budući da se traži vrijeme povrata investicije od 25 godina, iznos godišnje otplate

je 1/2500 strojeva po hektaru.

3.4. Održavanje i obnova mehanizacije Za održavanje i zamjenu dijelova, te registraciju i druga davanja, potrebno je

10-ak tisuća kuna godišnje, što je otprilike 1.5% početne vrijednosti godišnje.

3.5. Sjeme

U Hrvatskoj se prilikom sjetve pšenice koristi, prema dostupnim podacima, od

100 do 150 kg sjemena po hektaru. To je u skladu s podacima iznesenima u [4].

Cijena sjemena pšenice je, ovisno o sorti, od 1,50 do 2,00 kn po kilogramu.

Slika 3.3 – Potrošnja sjemena pšenice [t/ha]

Slika 3.4 – Cijena sjemena pšenice [kn/kg]

Page 17: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

7

Energetski trošak uzgoja i pripreme sjemena je 5,53 MJ/kg [4].

3.6. Gorivo za poljoprivrednu mehanizaciju

Prema podacima dobivenih od hrvatskih poljoprivrednika, te prema postojećim

analizama proizvodnje pšenice u državama sa sličnim tehnološkim stupnjem

poljoprivrede, vidljivo je da se potrošnja goriva kreće od 60 do 120 litara po

hektaru. Prikazana raspodjela odgovara dobivenim podacima, ali bi zbog vrlo

širokog intervala za točniju analizu bilo potrebno izvršiti promatranje na terenu.

Cijena dizela se u posljednjih pet godina kretala od 6,50 kn do 8,84 kn po litri.

Energetska vrijednost dizel goriva je 37 MJ/l.

Slika 3.5 – Potrošnja goriva za poljoprivrednu mehanizaciju [l/ha]

Slika 3.6 – Cijena dizela [kn/l]

Page 18: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

8

3.7. Umjetna gnojiva

Osobni upiti govore da se u Hrvatskoj po hektaru troši oko 200 kilograma uree,

110 kilograma NPK 15-15-15 gnojiva te 100 kilograma NPK 7-20-30 gnojiva po

hektaru pšenice. To se približno slaže s podacima FAO-a za 2005., koji govore da

se za uzgoj pšenice u Hrvatskoj troši 104.8 kg dušičnog gnojiva, 34.7 kg fosfornog

gnojiva i 34.7 kg kalijevog gnojiva. Količina potrebnog gnojiva naravno ovisi o

Slika 3.7 – Potrošnja uree (46%N) [kg/ha]

Slika 3.8 – Potrošnja NPK 15-15-15 [kg/ha]

Slika 3.9 – Potrošnja NPK 7-20-30 [kg/ha]

Page 19: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

9

mnogim faktorima, u prvom redu o kvaliteti tla i o vremenskim prilikama.

Prema podacima Petrokemije, cijena uree se u posljednjih pet godina kretala od

1,50 do 2,10 kn po kilogramu, NPK 15-15-15 od 1,70 do 2,90 kn po kilogramu, a

NPK 7-20-30 od 2,30 do 3,20 kn po kilogramu, ovisno o kretanju cijena nafte na

svjetskom tržištu, ali i ugovorenoj količini, udaljenosti isporuke i drugim

čimbenicima.

Energetski trošak proizvodnje pojedinih komponenti gnojiva je, prema Ulgiatiju

Slika 3.10 – Cijena uree (46% N) [kn/kg]

Slika 3.11 – Cijena NPK 15-15-15 [kn/kg]

Slika 3.12 – Cijena NPK 7-20-30 [kn/kg]

Page 20: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

10

[3], 73,3 MJ/kg za dušik, 13,4 MJ/kg za fosfor te 9,21 MJ/kg za kalij.

Page 21: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

11

3.8. Kemikalije i pesticidi

Kao i kod gnojiva, potrebna količina kemikalija i pesticida ovisi o mnogim

faktorima. Prikazane raspodjele odgovaraju postojećim podacima i osobnom

istraživanju.

Slika 3.15 – Potrošnja pesticida [kg/ha]

Slika 3.13 – Potrošnja kemikalija [kg/ha]

Slika 3.14 – Cijena kemikalija [kn/kg]

Page 22: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

12

3.9. Zaposlenici u poljoprivrednom segmentu Podaci hrvatskih poljoprivrednika kazuju da jedan radnik može obrađivati 60 do

100 hektara pšenice, dakle po hektaru je potrebno od 0,01 do 0,017 radnika.

Budući da je riječ o nisko obrazovanoj radnoj snazi, prosječna brutto godišnja

plaća radnika je procijenjena na oko 116000 kuna, što je malo više od 5000 kuna

netto.

Slika 3.16 – Cijena pesticida [kn/kg]

Slika 3.17 – Potreba za radnicima [1/ha]

Slika 3.18 – Trošak plaće radnika [kn]

Page 23: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

13

3.10. Transport pšenice

Maksimalna udaljenost na koju je potrebno transportirati pšenicu od polja do

rafinerije procijenjena je na 140 km, s većinom poljoprivredne površine do 100 km

udaljenom od rafinerije.

Kamioni umjerene nosivosti (20-ak tona) prema podacima iz Mercedesa, Volva i

MAN-a troše oko 25 l dizela na 100 km kad su prazni, te 35 l kad su puni. Iz toga

je vidljivo da transport jedne tone tereta na udaljenost od jednog kilometra u

normalnim uvjetima troši 0,03 l dizel goriva. Budući da u slučaju transporta

pšenice nije riječ o normalnim uvjetima, već o lošijim cestama, razumno je

pretpostaviti da se potrošnja može i udvostručiti (prosječna vrijednost je ocijenjena

50% iznad normalne).

Slika 3.20 – Potrošnja goriva [l/kmt]

Slika 3.19 – Udaljenost od polja do rafinerije [km]

Page 24: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

14

3.11. Trošak najma transporta

Kako se žetva pšenice vrši kroz kratki period, ekonomski je neisplativo da

rafinerija u vlasništvu ima kamione za njezin transport. Cijena najma kamiona i

vozača se kreće od 1000 do 2000 kuna na dan (16 sati). Vrijeme potrebno za

utovar, transport i istovar procjenjuje se na 5 sati (jedan sat za utovar, jedan sat za

istovar, tri sata za put u oba smjera), što znači da je za transport jedne tone

pšenice potrebno 0,016 radnih dana kamiona.

3.12. Pretvorba pšenice u etanol Za proizvodnju jedne litre bioetanola potrebno je 3,57 kilograma pšenice. Uz

gustoću etanola od 789 kg/m3 pri standardnim uvjetima, potrebno je 4520

kilograma pšenice za proizvodnju jedne tone etanola, tj. 0,92 hektara pri

prosječnom prinosu.

Slika 3.21 – Najam kamiona [kn/dan]

Page 25: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

15

3.13. Izgradnja rafinerije

Prema [5], cijena izgradnje nove bio-rafinerije iznosi od 1,05 do 3 dolara po

galonu godišnje, što je 1810 do 5165 kuna po toni EtOH2

Prema podacima Xethanola, veličina rafinerije je oko 100 m2 za svakih milijun

litara godišnje proizvodnje, što je 0,127 m2 po toni godišnje proizvodnje. Iako

nema podataka o energetskim troškovima izgradnje bio-rafinerije, prema [8]

građevinski energetski troškovi iznose 316 GJ/m2. Budući da bio-rafinerija

uključuje značajnu količinu strojeva i visoke tehnologije, razumno je pretpostaviti

da je energetski trošak njene izgradnje 20% do 50% viši, dakle 380 do 475 GJ/m2.

Uz navedeni kapacitet, to je 48260 do 60325 MJ/t.

godišnje. Ti podaci

odgovaraju onima iznesenima u [6], [7] i [2].

Uz predviđeni povrat investicije od 25 godina, svedeni godišnji trošak je 4%

inicijalnog.

2 EtOH: etanol (etilni alkohol)

Slika 3.22 – Cijena izgradnje rafinerije [kn/tEtOH]

Slika 3.23 – Energija utrošena za izgradnju rafinerije [MJ/tEtOH]

Page 26: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

16

3.14. Održavanje i pogon rafinerije Prema podacima o postojećim bio-rafinerijama ([5]), troškovi pogona i

održavanja kreću se oko 2% početne investicije godišnje.

3.15. Potrošnja prirodnog plina u proizvodnji bioetanola

Prema [5], potrošnja prirodnog plina iznosi 26000 do 54000 BTU po galonu

(prosječno 34800), što je od 5725 do 11890 MJ po toni (prosječno 7663). Uz

ogrjevnu vrijednost prirodnog plina od 39 MJ/m3, potrebno je 147 do 306 m3

(prosječno 197 m3) prirodnog plina po toni proizvedenog etanola. Novije analize

iznesene u [9] govore od 9620 MJ, odnosno 247 m3 po proizvedenoj toni.

Cijena prirodnog plina, prema podacima HEP-a i Energetskog Instituta Hrvoje

Požar, posljednjih se godina kretala od 1,53 kn/m3 do 3,12 kn/m3, uz prosjek od

oko 2 kn/m3.

Slika 3.24 – Potrošnja prirodnog plina [m3/tEtOH]

Slika 3.25 – Cijena prirodnog plina [kn/m3]

Page 27: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

17

3.16. Potrošnja električne energije u proizvodnji bioetanola

Podaci USDA ([5]) kazuju da je potrošnja električne energije u procesu

proizvodnje bioetanola od 0,6 do 2,2 kWh (prosječno 1,19 kWh) po galonu, što je

od 125 do 459 kWh (prosječno 248 kWh) po toni. S time se slažu podaci izneseni

u [10], kao i novije istraživanje [9], u kojemu sa navodi 228 kWh po toni etanola.

Cijena električne energije za industriju u Republici Hrvatskoj iznosi 0,17 do

0,45 kn/kWh, ovisno o naponskoj razini.

Energetska vrijednost jednog kilovatsata električne energije je 3,6 MJ. Uz

pretpostavljenu efikasnost hrvatskih elektrana od 30-40%, za jedan kWh potrebno

je 9 do 12 MJ primarne energije. S obzirom na broj hidroelektrana u Hrvatskoj, u

povoljnim uvjetima za jedan kWh moglo bi biti dovoljno i samo 4 MJ.

Slika 3.26 – Potrošnja električne energije [kWh/tEtOH]

Slika 3.27 – Cijena električne energije [kn/kWh]

Page 28: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

18

3.17. Potrošnja vode u proizvodnji bioetanola

Prema USDA [5], volumni omjer vode i proizvedenog etanola u američkim

biorafinerijama kreće se od 1:1 do 11:1, uz prosjek od 4,7:1. Kako tona etanola

Slika 3.28 – Energija potrebna za proizvodnju električne energije [MJ/kWh]

Slika 3.29 – Potrošnja vode [m3/tEtOH]

Slika 3.30 – Cijena vode [kn/m3]

Page 29: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

19

ima 1266 litara, za proizvodnju je potrebno 1,266 do 13,926 m3 vode, prosječno

5,950.

Cijena vode za gospodarstvo je, prema podacima Ministarstva zaštite okoliša,

prostornog uređenja i graditeljstva, 12,39 kn/m3, na što treba dodati i cijenu

odvodnje otpadnih voda od 3,82 kn/m3.

3.18. Potrošnja kemikalija u proizvodnji bioetanola

Prema [11], za proizvodnju jedne tone etanola potrebno je 50 kg raznih

kemikalija. Najznačajnija medu njima je sumporna kiselina (preko 88% masenog

udjela), zatim benzen (5%), natrijev hidroksid (3,2%) i industrijska maziva (3,2%).

Prema informacijama na svjetskim burzama robe, cijene tih kemikalija su redom

1,10 kn/kg, 22 kn/kg, 33 kn/kg i 4,50 kn/kg, što daje prosječnu cijenu od 3,32 kn/kg

za kemikalije. Budući da su hrvatski kapaciteti proizvodnje tih kemikalija upitni,

razumno je pretpostaviti malo višu cijenu.

Prema [4], energetski troškovi proizvodnje navedenih kemikalija su, redom,

6,28 MJ/kg, 51,5 MJ/kg, 6,28 MJ/kg i 83,7 MJ/kg, što je prosječna vrijednost od

11,13 MJ/kg kemikalija.

Slika 3.31 – Cijena kemikalija [kn/kg]

Page 30: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

20

3.19. Zaposlenici u biorafineriji

Prema [5], 21 rafinerija ukupnog kapaciteta 1,64 milijuna tona godišnje

zapošljava 714 radnika, što je 2303 tone po radniku (u rasponu od 617 do 4839

tona po radniku), odnosno 4,3 · 10-4 radnika po toni.

Kako je riječ o visoko obrazovanoj radnoj snazi, prosječna davanja po radniku

procjenjuju se na gotovo 228000 kuna godišnje, što odgovara mjesečnoj netto

plaći od oko 9000 kn.

Slika 3.32 – Potreba za radnicima [1/tEtOH]

Slika 3.33 – Trošak plaće radnika [kn]

Page 31: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

21

3.20. Kupnja cisterni Prema katalozima proizvođača, cisterna kapaciteta 30,000 l (23,7 tona etanola)

stoji oko 550000 kuna. Uz procjenu od 8 sati potrebnih za jednu isporuku etanola

(jedan sat za utovar, jedan sat za istovar i šest sati tranzita u oba smjera), te radni

dan cisterne od 16 sati, vidljivo je da jedna cisterna godišnje može prevesti 17301

tonu etanola.

Težina prazne cisterne i kamiona je 15-ak tona. Uz energetsku cijenu čelika od

80 MJ/kg, energija potrebna za proizvodnju je 1,2 TJ.

Kao i u ostalim stavkama, željeni rok povrata investicije je 25 godina.

3.21. Održavanje cisterni Kao i kod poljoprivredne mehanizacije, za održavanje cisterni potrebno je oko

1,5% njihove početne vrijednosti.

3.22. Transport bioetanola

Budući da bi rafinerija vjerojatno bila smještena u istočnoj Hrvatskoj, blizu

poljoprivrednih površina vezanih uz nju, udaljenost do Zagreba, kao i do velikih

prometnih pravaca sjever-jug je oko 200 km.

S obzirom da se bioetanol prevozi boljim cestama od pšenice, transport tone

etanola trošio bi 20-ak posto manje goriva od transporta tone pšenice.

Slika 3.34 – Udaljenost od rafinerije do crpke [km]

Page 32: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

22

Tablica 4.1 – Energetski i ekonomski troškovi u proizvodnji pšenice

4. Rezultati Raspodjele vjerojatnosti pojedinih varijabli, prikazane u prethodnom poglavlju,

unesene su u tablični kalkulator upotrebom alata Crystal Ball 7. Cystal Ball koristi

Monte Carlo metodu za proračun raspodjele vjerojatnosti traženih elemenata. U

ovom slučaju, to su energetska vrijednost po litri etanola i cijena po etanolu

ekvivalentnom litri benzina (loe). Simulacija je izrađena na 100000 ponavljanja.

4.1. Poljoprivredni segment

Stavka Količina

po hektaru

Jedinica Energetska

vrijednost po jedinici [MJ]

Cijena po jedinici

[kn]

Energetska vrijednost po hektaru [MJ]

Cijena po hektaru

[kn]

Zakup zemljišta 1,00 ha 0,00 250,00 0,00 250,00

Kupnja mehanizacije 4*10-4 komad 600000 720000 240,00 288,00 Održavanje i obnova

mehanizacije 1,5*10-4 komad 600000 720000 90,00 108,00

Sjeme 125,00 kg 5,53 1,75 691,25 218,75

Gorivo (dizel) 90,00 l 37,00 7,64 3330,00 687,28

Dušično gnojivo 115,50 kg 73,30 0,00 8466,15 0,00

Fosforno gnojivo 36,50 kg 13,40 0,00 489,10 0,00

Kalijevo gnojivo 46,50 kg 9,21 0,00 428,27 0,00

Urea (46% N) 200,00 kg 0,00 1,77 0,00 353,33

NPK 15-15-15 110,00 kg 0,00 2,27 0,00 249,33

NPK 7-20-30 100,00 kg 0,00 2,73 0,00 273,33 Kemikalije (herbicidi,

fungicidi i sl.) 5,74 kg 418,00 31,67 2399,32 181,77

Pesticidi 2,12 kg 420,00 29,83 890,40 63,25

Plaće 1,334*10-2 radnika 0,00 116800,00 0,00 1557,53

Transport pšenice (dizel) 19,50 l 37,00 7,64 721,58 148,93

Trošak najma transporta 7,642*10-2 radnih dana 0,00 1500,00 0,00 114,62

Ukupno po hektaru 17746,06 4494,12

Po kilogramu pšenice 3,63 0,92

Po litri etanola 12,96 3,28

Po loe etanola 19,64 4,97

Page 33: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

23

Iz tablice 4.1 je vidljivo da je

ukupna potrošnja po hektaru

iznad 17,5 GJ i gotovo 4500

kuna. Uz očekivani prinos

pšenice od 4,9 tona po hektaru,

energija utrošena za uzgoj

3,57 kg pšenice (koliko je

potrebno za proizvodnju jedne

litre etanola) iznosi 12,96 MJ,

odnosno preko 60 % donje

ogrjevne vrijednosti samog

etanola (21,2 MJ/l). Trošak

proizvodnje 5,40 kg pšenice

(koliko je potrebno za

proizvodnju 1,5 l etanola, čija je

energetska vrijednost jednaka

litri benzina) je 4,97 kuna, što je

64% trenutne cijene (7,75 kn/l) i

52% najviše cijene benzina, iz

srpnja 2008, koja je iznosila

9,65 kn/l.

Na slici 4.1 prikazani su udjeli

pojedinih komponenti uzgoja

pšenice u potrošnji energije.

Najveći dio utrošene energije

otpada na dušično gnojivo (48%)

i na gorivo za mehanizaciju

(19%).

Slika 4.2 prikazuje pojedine

troškove u uzgoju pšenice.

Najznačajniji pojedinačni trošak

su plaće (35%), nakon čega

Slika 4.2 – Prikaz pojedinih ekonomskih troškova pri uzgoju pšenice

Slika 4.1 – Prikaz pojedinih energetskih troškova pri uzgoju pšenice

Page 34: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

24

slijedi gorivo (15%).

Slike 4.3 i 4.4 prikazuju razdiobe vjerojatnosti za energetski i ekonomski trošak.

Vidljivo je da su obje krivulje blago sklonije višim vrijednostima.

Slika 4.3 – Razdioba vjerojatnosti utrošene energije za proizvodnju pšenice [MJ/lEtOH]

Slika 4.4 – Razdioba vjerojatnosti cijene proizvodnje pšenice [kn/loe]

Page 35: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

25

Tablica 4.2 – Energetski i ekonomski troškovi u proizvodnji etanola

4.2. Industrijski segment

Stavka Količina po toni etanola

Jedinica Energetska

vrijednost po jedinici [MJ]

Cijena po jedinici [kn]

Energetska vrijednost po toni

etanola [MJ]

Cijena po toni etanola

[kn]

Izgradnja rafinerije 0,04 - 54292,29 3473,76 2171,69 138,95 Održavanje i pogon

rafinerije 0,02 - 54292,29 3473,76 1085,85 69,48

Prirodni plin 238,14 m3 39,00 2,16 9287,35 513,34

Električna energija 242,76 kWh 10,50 0,31 2548,93 75,25

Voda 6,12 m3 0,00 16,75 0,00 102,54

Kemikalije 50,00 kg 11,13 3,78 556,50 189,20

Plaće 4,355*10-4 radnika 0,00 231800,00 0,00 100,94

Kupnja cisterni 2,312*10-6 komad 1200000,00 555000,00 2,77 1,28

Održavanje cisterni 8,670*10-7 komad 1200000,00 555000,00 1,04 0,48

Transport bioetanola 5,78 l 37,00 7,64 213,98 44,16

Ukupno po toni 15868,11 1235,62

Po litri etanola 12,54 0,98

Po loe etanola 18,99 1,48

Kao što je vidljivo u tablici 4.2,

potrošnja energije za pretvorbu

4,51 tone pšenice u jednu tonu

etanola je 15,8 GJ, uz trošak od

1235 kuna. Energija utrošena u

jednu litru etanola iznosi

12,54 MJ, što je 59% donje

ogrjevne vrijednosti, a trošak

proizvodnje etanola ekvivalentnog

litri benzina iznosi 1,48 kuna (19%

trenutne cijene benzina i 15%

najviše).

Najznačajnija komponenta

utroška energije u proizvodnji

etanola je prirodni plin (slika 4.5),

koji čini gotovo 60% ukupne Slika 4.5 – Prikaz pojedinih energetskih troškova pri proizvodnji etanola

Page 36: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

26

potrošnje. Nakon njega slijede

električna energija (16%) i otplata

troškova izgradnje rafinerije

(14%).

Kao i kod energije,

najznačajnija ekonomska

komponenta (slika 4.6) je prirodni

plin (42%). Približno jednaki

udjeli otpadaju na kemikalije,

otplatu troškova izgradnje, vodu i

plaće (redom 15%, 11%, 8% i

8%).

Slike 4.7 i 4.8 prikazuju

statističke razdiobe troškova

industrijske proizvodnje etanola.

Razdioba ekonomskih troškova

približno prati standardnu

razdiobu, dok je kod energetskih

troškova veća vjerojatnost za

troškove niže od najvjerojatnijih.

Slika 4.6 – Prikaz pojedinih ekonomskih troškova pri proizvodnji etanola

Slika 4.7 – Razdioba vjerojatnosti utrošene energije u proizvodnji etanola [MJ/lEtOH]

Page 37: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

27

Slika 4.8 – Razdioba vjerojatnosti cijene proizvodnje etanola [kn/loe]

Page 38: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

28

4.3. Od polja do crpke Svi energetski troškovi, od

sadnje do crpke, prikazani su na

slici 4.9. Najznačajniji među njima

su prirodni plin (29%), dušično

gnojivo (24%), gorivo za

poljoprivrednu mehanizaciju (10%),

električna energija (8%), kemikalije

upotrjebljene u poljoprivrednom

segmentu (7%) i otplata troškova

izgradnje rafinerije (7%).

Iz slike 4.10. vidljivo je da su

energetski troškovi oba segmenta

približno jednaki – 50,8% potrošnje

energije otpada na uzgoj pšenice, a

49,2% na proizvodnju etanola.

Slika 4.9 – Prikaz pojedinih energetskih troškova u lancu proizvodnje bio-etanola

Slika 4.10 – Usporedba energetskih troškova

Page 39: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

29

Slika 4.11 prikazuje sve

ekonomske troškove u proizvodnji

bio-etanola. Uvjerljivo najveća

stavka su plaće u poljoprivrednom

segmentu, na koje otpada čak 27%

troškova. Slijede gorivo koje troši

poljoprivredna mehanizacija (12%),

prirodni plin (9%), otplata

poljoprivredne mehanizacije (5%) i

zakup zemljišta (4%).

Čak 77,1% proizvodne cijene

bioetanola otpada na uzgoj

pšenice, dok je udio pretvorbe

pšenice u etanol svega 22,9%

(slika 4.12).

Slika 4.11 – Prikaz pojedinih ekonomskih troškova u lancu proizvodnje bio-etanola

Slika 4.12 – Usporedba ekonomskih troškova

Page 40: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

30

Slike 4.13 i 4.14 prikazuju statističke raspodjele vjerojatnosti energetskih troškova

za proizvodnju jedne litre etanola i proizvodne cijene etanola ekvivalentnog litri

benzina. Raspodjela energetskih troškova odgovara standardnoj raspodjeli, dok je

raspodjela ekonomskih troškova blago naklonjena troškovima višima od

najvjerojatnijih.

Slika 4.13 – Razdioba vjerojatnosti utrošene energije u lancu proizvodnje bio-etanola [MJ/lEtOH]

Slika 4.14 – Razdioba vjerojatnosti cijene lanca proizvodnje bio-etanola [kn/loe]

Page 41: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

31

Tablica 4.3 – Energetski i ekonomski troškovi u lancu proizvodnje bio-etanola

Ukupni energetski troškovi za proizvodnju jedne litre etanola u prosjeku iznose

25,50 MJ. Proizvodna cijena 1,5 l etanola, koliko je potrebno za zamjenu jedne

litre benzina, iznose 6,45 kn.

Energetska vrijednost [MJ] Cijena [kn] Poljoprivredni segment, po litri 12,96 3,28 Poljoprivredni segment, po loe 19,64 4,97

Industrijski segment, po litri 12,54 0,98 Industrijski segment, po loe 18,99 1,48

Ukupno po litri etanola 25,50 4,26 Ukupno po loe etanola 38,63 6,45

Slika 4.15 – Utjecaj pojedinih varijabli na proizvodnu cijenu bioetanola

Page 42: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

32

Slika 4.16 – Utjecaj pojedinih varijabli na utrošak energije pri proizvodnji bioetanola

Page 43: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

33

5. Analiza rezultata Kao što je već navedeno, prosječna proizvodna cijena etanola ekvivalentnog litri

benzina je 6,45 kn. Kako bi se dobila realna cijena za korisnika na benzinskoj

crpki, potrebno je na proizvodnu cijenu dodati željenu zaradu proizvođača etanola

(oko 1kn po ekvivalentnoj litri), te PDV. Time se cijena za korisnika penje na 7,45

kn/loe + PDV, odnosno 9,09 kn/loe. Ta cijena je malo viša od trenutne cijene

benzina, ali je niža od najviše cijene iz srpnja 2008. Pri razmatranju financijske

isplativosti treba imati na umu da je u troškovima izgradnje rafinerije i ostalim

investicijskim troškovima pretpostavljeno da se investicija vrši vlastitim kapitalom,

tj. da nema kamatnih troškova kredita. U realnom slučaju to je teško očekivati,

tako da bi otplata kamata na kredit dodatno poskupila proizvodnju etanola.

Prema važećim hrvatskim zakonima, biogoriva ne podliježu trošarinama koje se

plaćaju kod upotrebe ostalih pogonskih goriva. Za očekivati je da se to u

budućnosti neće promijeniti, budući da Republika Hrvatska treba potaknuti

upotrebu biogoriva kako bi se postigli ciljevi postavljeni u protokolu iz Kyota.

S druge strane, cijena proizvodnje bioetanola mogla bi se znatno smanjiti

državnim poticajima. Upotreba plavog dizela (3,71 kn/l) u obradi poljoprivrednog

zemljišta smanjuje cijenu proizvodnje za 39 lipa po ekvivalentnoj litri. Ako bi se za

zemljište zasijano pšenicom za proizvodnju etanola dobivali poticaji kao i za

pšenicu koja se koristi u prehrambenoj industriji (2250 kuna po hektaru), to bi

smanjilo cijenu za dodatnih 2,50 kune po ekvivalentnoj litri. Tim dvama mjerama

cijena bi pala ispod 6 kuna po ekvivalentnoj litri, što je i više nego konkurentno

benzinskim gorivima.

Također, prilikom proizvodnje bioetanola pojavljuju se i nusprodukti koji imaju

vlastitu vrijednost. Ugljični dioksid koji nastaje prilikom fermentacije je sirovina u

prehrambenoj industriji. Kako se u fermentaciji troši samo škrob, svi ostali sastojci

(proteini, vlakna, ulja) mogu se dodatno obraditi u stočnu hranu, tzv. DDGS (Dried

Distillers Grain with Solubles). Budući da je upitno kako bi tržište reagiralo na

velike količine tih sirovina, njihov utjecaj na proizvodnu cijenu u ovoj analizi nije

uzet u obzir, iako on sigurno nije zanemariv.

Upotreba viška slame (za očuvanje kvalitete zemlje potrebno je svega 70%) kao

Page 44: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

34

goriva za proizvodnju topline umjesto prirodnog plina također bi mogla smanjiti

troškove proizvodnje.

Zanimljivo je promotriti kretanje cijene proizvodnje etanola u odnosu na cijenu

goriva. Pretpostavi li se 30%-tno povećanje cijene umjetnih gnojiva i prirodnog

plina te 20%-tno povećanje cijene električne energije pri 50%-tnom povećanu

cijena naftnih derivata (što odgovara iskustvima iz sredine 2008.), proizvodna

cijena etanola raste na 7,43 kn/loe, što je povećanje od 15%. Očigledno je da s

porastom cijene nafte, isplativost etanola postaje sve veća.

I dok je ekonomska strana proizvodnje bioetanola relativno isplativa, energetska

bilanca je, suprotno očekivanjima, daleko od zadovoljavajuće. Energija utrošena

za proizvodnju jedne litre bioetanola je 25,50 MJ. Kako je ogrjevna vrijednost

bioetanola 21,2 MJ/l, energetska bilanca je negativna, što nikako nije dobro za

gorivo koje bi trebalo biti izvor energije čovječanstva u budućnosti.

Povećanje prinosa na 6800 kg/ha (što je prinos koji se ostvaruje u razvijenim

europskim zemljama) bez povećanja potrošnje gnojiva, dizela i ostalih inputa

smanjuje energetski trošak proizvodnje bioetanola na 22 MJ/l. Uz dodatno

smanjenje potrošnje energije za 30% u industrijskoj fazi, što nije nerealno

očekivati napretkom tehnologije i upotrebom ostataka iz poljoprivredne faze kao

goriva, energetski trošak pao bi na 19,11 MJ/l. Time bi energetska bilanca postala

pozitivna, ali po uloženom megadžulu dobiva se samo 1,11 MJ, što je i dalje

drastično manje od ostalih obnovljivih izvora energije – hidroelektrana (170-280

MJ/MJ), vjetroelektrana (15-35 MJ/MJ) i solarne energije (4-12 MJ/MJ).

Page 45: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

35

6. Zaključak Iako se proizvodnja etanola iz pšenice može smatrati ekonomski isplativom

(ovisno o utjecaju države), energetska bilanca tog procesa je u najboljem slučaju

marginalno pozitivna. Makar proizvodnja etanola ima očitu prednost nad ostalim

obnovljivim izvorima energije, jer se može koristiti u postojećim vozilima,

proizvodnja etanola prve generacije iz pšenice jednostavno nije isplativa, pogotovo

uzme li se u obzir da bi za proizvodnju 344000 tona bioetanola (cilj za 2020.) bilo

potrebno više od 300000 hektara poljoprivrednog zemljišta. Usporedbe radi, 2007.

je pšenicom zasijano 175000 hektara.

S razvojem novih tehnologija i daljnjim istraživanjem biogoriva 2. i 3. generacije,

njihova isplativost će zasigurno rasti. Usprkos tome, ona vrlo vjerojatno nikad neće

dostići energetsku isplativost koju imaju drugi obnovljivi izvori energije.

Page 46: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

36

7. Literatura 1. MGRP, UNDP, 2008. Prilagodba i nadogradnja strategije energetskog razvoja Republike

Hrvatske – Nacrt zelene knjige. 2. Madson P.W., Monceaux D.A., 2003. Fuel ethanol production. Katzen International, Inc. 3. Ulgiati, S., 2001. A comprehensive energy and economic assessment of biofuels: when “green”

is not enough. Critical Reviews in Plant Science (20), 71 – 106. 4. Dong X. et al., 2008. Energy and eMergy evaluation of bioethanol production from wheat in

Henan province, China. Energy Policy (36), 3882 – 2892. 5. Shapouri H., Gallagher P., 2005. USDA’s 2002 ethanol cost-of-production survey. Agricultural

Economic Report 841. 6. Punter G. et al., 2004. Well-to-wheel evaluation for production of ethanol from wheat. Low

Carbon Vehicle Partnership, London. 7. Richardson, J.W., Lemmer, W.J., Outlaw, J.L., 2007. Bio-ethanol production from wheat in the

Winter Rainfall region of South Africa: A quantitative risk analysis. International Food and Agribusiness Management Review (10), 181 – 204.

8. Scheuer, C., Keoleian G.A., Reppe P., 2003. Life cycle energy and environmental performance of a new university building: modeling challenges and design implications. Energy and Buildings (35), 1049 – 1064.

9. (S&T)2 Consultants Inc., 2009. An examination of potential for improving carbon/energy balance of Bioethanol. IEA Task 39 Report T39-TR1.

10. Li, S., Lu, M., 2005. An evaluation on the features of energy flows of wheat ecosystems in Nanyang of Henan. Journal of Crops (3), 29 – 32.

11. Li, S., Lu, M., Du, F.G., 2007. Energy return of wheat ethanol in China. Acta Ecologica Sinica (9), 3794 – 3800.

12. Malca, J., Freire F., 2006. Renewability and life-cycle energy efficiency of bioethanol and bio-ethyl tertiary butyl ether (bioETBE): Assessing the implications of allocation. Energy (31), 3362 – 3380.

13. Pfromm, P.H., 2008. The Minimum Water Consumption of Ethanol Production via Biomass Fermentation. The Open Chemical Engineering Journal (2), 1 – 5.

14. Taylor, G., 2008. Biofuels and the biorefinery concept. Energy Policy (36), 4406 – 4409. 15. Su, C.L., Lee, Y.M., 2009. Development status and life cycle inventory analysis of biofuels in

Taiwan. Energy policy (37), 754 – 758. 16. Yu, S., Tao, J., 2009. Simulation-based life cycle assessment of energy efficiency of biomass-

based ethanol fuel from different feedstocks in China. Energy (34), 476 – 484. 17. Zakon o biogorivima za prijevoz, Narodne Novine 65/2009. 18. Charles R. et al, 2006. Environmental analysis of intensity level in wheat crop production using

life cycle assessment. Agriculture, Ecosystems and Environment (113), 216 – 225. 19. Smeets, E. et al, 2008. The sustainability of Brazilian ethanol – An assessment of the possibilies

of certified production. Biomass and Bioenergy (32), 781 – 813. 20. Goldemberg J., Guardabassi P., 2009. Are biofuels a feasible option? Energy Policy (37), 10 –

Page 47: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

37

14. 21. Brentrup F. et al, 2004. Environmental impact assessment of agricultural production systems

using the life cycle assessment (LCA) methodology II. The application to N fertilizer use in winter wheat production systems. European Journal of Agronomy (20), 265 – 279.

22. Murphy, J.D., Power, N.M., 2008. How can we improve the energy balance of ethanol production from wheat? Fuel (87), 1799 – 1806.

Page 48: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

A- 1

Dodatak A: Upotreba programa Crystal Ball

Slika A.1 – Unos podataka u tablični kalkulator

Slika A.2 – Definiranje pretpostavljenih razdioba

Page 49: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

A- 2

Slika A.3 – Definiranje parametara rezultata

Slika A.4 – Podešavanje parametara simulacije

Page 50: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

A- 3

Slika A.5 – Pokretanje simulacije

Slika A.6 – Rezultati simulacije

Page 51: Analiza održivosti korištenja energije biomase - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu. fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 152 . analiza odrŽivosti koriŠtenja

A- 4

Slika A.7 – Automatski generirani izvještaj

Slika A.8 – Izrada tornado dijagrama