Energetska vrijednost biomase

Dr.sc. Suad Halilčević, vanr.prof

Šta je biomasa? Sva postojeća organska materija na zemlji formirana

procesom fotosinteze.

Biomasu (eng. biomass) čine materijali prirodnih prostora i tehnoloških radnji koji se obrađuju umnom i fizičkom snagom, ili se uzgajaju samo pod uticajem prirodnih procesa bez sudjelovanja čovjeka, i nusprodukti tih materijala.

Hemijsku strukturu biomase čini 75% ugljiko-hidrata, 25% lignina i 5% manjih molekularnih fragmenata-ekstraktiva.

Primjena biomase za proizvodnju energije potiče se uvažavajući načelo održivog razvoja.

Značajan obnovljivi izvor energije sa 70 mld tona godišnje produkcije i oko 1800 mld tona postojeće biomase na zemljinoj površini.

Biomasa kao energent u današnjim uslovima skupe i

neizvjesne energije postaje veoma bitan faktor u osiguranju

društvenih zajednica toplotnom i električnom energijom, a

sve više i u snadbijevanju energentima za pogon vozila.

RASPOREĐENOST BIOMASE NA ZEMLJI

Trenutno se svijetu koristi samo oko 7 % godišnje proizvodnje biomase

što je malo u odnosu na raširenost i potencijal biomase u svijetu.

Korištenje biomase omogućava:

• Zapošljavanje (otvaranje novih i zadržavanje

postojećih radnih mjesta),

• Povećanje lokalne i regionalne privredne aktivnosti,

• Ostvarivanje dodatnog prihoda u poljoprivredi, šumarstvu

i drvnoj industriji kroz prodaju biomase-goriva,

• Uspostavu novčanih tokova u lokalnoj zajednici

(investicije-zarade-porezi) umjesto odljeva sredstava zbog

kupovine fosilnih goriva (domaći energent – manji uvoz)

• Zaštitu okoliša,

• Energetsku neovisnost države,

• Smanjenje opasnosti od šumskih požara i

• Razvoj metalne industrije

Prednosti biomase kao goriva :

Siguran i obnovljiv izvor energije,

Energetski potencijali biomase su značajni,

Postoje velike količine biomase tamo gdje je potrebna toplotna energija (poljoprivreda i industrija),

Kvalitet proizvedene energije ravan je kvalitetu energije proizvedene iz fosilnih goriva (temperaturni nivo, količina i efikasnost transformacije),

Za korištenje biomase u energetske svrhe razvijene su savremene tehnologije,

Neutralan bilans ugljen dioksida,

Mali udio pepela u produktima sagorijevanja iskoristiv kao đubrivo u poljoprivrednoj proizvodnji,

Pepeo koji ne sadrži toksične materije,

Mali sadržaj ili potpuno odsustvo sumpora u gorivu,

Smanjuje zavisnost od uvoza energije,

Smanjenje emisije sumpornog dioksida koji izaziva kisele kiše.

Nedostaci biomase kao goriva:

Fizičko-hemijske osobine biomase su

specifične(nehomogenost, kao posljedica

različitih udjela vlage i pepela).

Potrebno je organizovanije tržište biomase i

Nepostojanje organiziranog gorivog ciklusa

biomase.

U odnosu na prednosti i mogućnosti biomase ovi

nedostaci su zanemarivi!

OSNOVNA SVOJSTVA BIOMASE

Drvo 8,2 do 18,7

MJ/kg

Biodizel 37,2 MJ/l

Biljni ostaci 5,8 – 16,7

MJ/kg

Etanol 26,8 MJ/l

Bioplin 26 MJ/Nm3

Obnovljivost

Ogrijevna moć biomase

Ogrijevna moć biomase Ogrijevna moć konvencionalnih

izvora energije

Nafta oko 42 MJ/l

Prirodni plin 34-38 MJ/Nm3,

Kameni ugalj 24-37,7 MJ/kg

Mrki ugalj 12,7-23,9 MJ/kg

Lignit do 12,6 MJ/kg

Utrošak energije za pridobivanje biomase,

Emisija štetnih plinova pri sagorijevanju,

Mogućnost transportovanja i skladištenja biomase,

Kumulativna CO2 neutralnost

Neutralnost prilikom pretvaranja biomase u iskoristljiviji oblik (tada je ispunjena osobina neutralnosti). Za biomasu je ova osobina ispunjena samo o ukoliko je godišnje iskorištavanje mase jednako ili manje od godišnjeg prirasta nove mase.

Neutralnost biomase emisija CO2 pri korištenju te

biomase će biti jednaka emisiji CO2 prilikom fotosinteze te

biomase.

VRSTE BIOMASE

Šumski ostaci i otpaci

Poljoprivredni ostaci,

Ostaci iz obrade poljoprivrednih proizvoda,

Energetske kulture i

Biomasa iz čvrstog komunalnog otpada

(ovu kategoriju posmatramo uvjetno u sklopu

rasprave o biomasi kao energetskom resursu jer

je savremena zakonska regulativa promatra kao

komunalni čvrsti otpad).

Prema direktivi Evropske Unije i Vijeća Evrope broj

2003/03/EC od 08.05.2003,a prema članu 2 ;

“Biomasa je definisana kao biorazgradivi dijelovi

proizvoda,otpadaka ili ostataka iz poljoprivrede, šumski

otpad i otpada srodnih industrija kao i biorazgradivi

dijelovi industrijskog i gradskog otpada.”

ŠUMSKI OSTACI I OTPACI

Drvena masa kao energetski resurs (ogrijevno drvo ili energetsko drvo) uobičajeno se definira kao biomasa na šumskom području koja je neiskoristiva ili je raspoloživa u količini koja prevazilazi predviđene potrebe za neenergetske namjene, te uključuje ostatke nastale obradom stabala posječenih za neenergetske namjene.

Fizičko-hemijske karakteristike biomase

Gorivi dio u biomasi iznosi između 50 i 60 %,

Kod jednogodišnjih biljaka udio kiseonika je i do 40%,

Sumpor se nalazi u tragovima,

Sadržaj vlage je promjenjiv,

Lako zapaljiv materijal (slama, bioplin), pa se moraju

provesti mjere zašite od požara

Toplotna moć se kreće u granicama od:

8,2-18,7 MJ/kg za drvo,

5,8-16,7 MJ/kg za biljne otpatke,

Hemijski sastav biomase

- Ugljenih hidrata do 75 %,

- Lignina do 25 %, i

- Manjih molekularnih fragmenata

(ekstraktivi ) do 5 %,

upotreba ovog energetskog resursa ima veliku vrijednost

sa ekonomskog i ekološkog aspekta jer je u Evropi MWh

energije iz plina dvostruko skuplji od MWh energije iz

drveta, a također cijena energije iz drvne mase

oslobođena je poreza na energiju i CO2.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

cijen

a, E

UR

/MW

h

loživo

ulje

prirodni

plin

ugljen drvna

sječka

slama

porez na sumpor

porez na CO2

porez na energiju

cijena bez poreza

Vrste drvnog ostatka

Korisni šumski drvni ostatak

dijelovi drveta iznad 4 cm debljine.

Energetska vrijednost drveta zavisi od njegove vlažnosti, drvo

uskladišteno 2-3 godine ima dvostruko veću energetsku vrijednost od svježe posječenog drveta:

Vlažnost drveta

(%) 50-60% 25-35 % 15-25 %

Energija

(MWh/t) 2,0 3,4 4,0

Stanje drveta Svježe Uskladišteno

preko ljeta

Uskladišteno 2-3

godine

Vrste drvnog ostatka

Drvni ostatak koji nastaje u primarnoj

preradi drveta

Drvni ostatak koji nastaje u finalnoj preradi

drveta

Ostali drvni otpad (drvo za pakovanje, drvo sa

gradilišta, stari namještaj, el. stubovi, pragovi željezničkih

pruga ...)

DOSTUPNOST ŠUMSKE BIOMASE

Razlikuje se od države do države i zavisi od: ekoloških uslova,

stanja tehnologije na šumskim gazdinstvima,

stanja saobraćajne infrastrukture,

stepena socijalnog i kulturnog razvitka,

Razlike u pogledu raspoloživosti posljedica su zbog različitih

sistema propisa, te različitih metodologija procjena udjela

raspoložive biomase u ukupnoj količini.

Gornja toplotna vrijednost za šumsku biomasu: 18- 20 MJ/kg Nizak

sadržaj sumpora (od 0,01 do 0,03%), implicira da upotreba šumske

biomase u svrhu proizvodnje energije neće bitno pogoršati situaciju

u pogledu kiselih kiša, te je takva biomasa vrlo pogodna za

zajedničko spaljivanje (Co-Firing) sa fosilnim gorivima koji se

odlikuju visokim sadržajem sumpora.

RASPOREĐENOST ŠUMSKE BIOMASE U

EVROPI

SVOJSTVA ODABRANIH OSTATAKA I OTPADAKA

DRVENASTE BIOMASE

Drvenasta biomasa HHV* (MJ/kg) DM**

(MJ/kg) Pepeo Celuloza Lignin (%)

Azot

(%) Sumpor (%)

Ugljik

(%)

Crni rogač 19,71 - 0,80 - - 0,57 0,01 50,7

Bor 20,01 - 0,29 - - 0,06 0,03 49,2

Kalifornijska sekvoja 20,72 - 0,67 - - 0,05 0,03 50,6

Smreka, jela, omorika 19,95 - 0,25 - - 0,05 0,01 49,0

Hrast 19,42 - 1,52 - - 0,35 0,01 49,5

Eucalyptus globulus 19,42 - 1,10 - - 0,30 0,39 49,0

Casuarina 19,44 - 1,40 - - 0,59 0,02 48,6

Tvrdo drvo (tipično) - - 0,3-0,6 70-76 23-30 - - -

Mehko drvo (tipično) - - 0,3-0,4 66-76 26-34 - - -

HHV * - (High Heating Value) -Gornja toplotna vrijednost, DM** (Dry Material) -Suha materija

UPOTREBA ŠUMSKE BIOMASE

KAO ČVRSTO GORIVO (SPALJIVANJE U SVRHU DOBIJANJA

TOPLOTE ZA GRIJANJE I PRIPREMU HRANE)

RASPLINJAVANJE (GASIFIKACIJA) - DOBIVA SE VISOKO

ENERGENTNI GORIVI PLIN,

PROIZVODNJA PELETA I BRIKETA,

DIREKTNO SPALJIVANJE U ENERGANAMA SA KOGENERACIJOM

POSTROJENJA ZA PROIZVODNJU ETERIČNIH ULJA IZ OTPADNE

GRANJEVINE CRNOGORICE

PRIMJER DOBRE ORGANIZACIJE ISKORIŠTAVANJA DRVNOG

OSTATKA JE SLOVENIJA (FIRMA “TISA” IZ KAMNIKA– 24 SPEC.

MAŠINE SA KOGENERACIJSKOM ENERGANOM (2MWh EL. EN.)

PRIKUPLJANJE, SLAGANJE I TRANSPORT ŠUMSKE

BIOMASE U SVRHU PROIZVODNJE ENERGIJE

UPOTREBA NAMJENSKIH VOZILA ZA PRIKUPLJANJE

I TRANSPORT ŠUMSKIH OSTATAKA

POTENCIJALI BIOMASE U BOSNI I

HERCEGOVINI

Pojačan interes za razvoj energetskih objekata iz obnovljivih izvora

energije posljedica priprema BiH za ratifikaciju Kyoto protokola.

Udio biomase u ukupnom energetskom snadbijevanju je 4,2%

(2003.god.) što je malo s obzirom da šumsko tlo čini 53% teritorije

Okvirne analize pokazuju da se godišnje generiše oko 2 mil. m3

drvnog otpada

To je energetski potencijal od oko 600 MW

Mali gradovi čiji se razvoj bazira na drvno-prerađivačkoj industriji

mogu podmiriti kompletne potrebe za električnom i toplotnom

energijom koristeći vlastiti otpad produkovan pri sječi i preradi drvne

mase. (npr.: Regija Centralne Bosne i Hercegovine).

PRIMJER:

MOGUĆNOSTI UPOTREBE DRVNOG OSTATKA U U

ENERGETSKE SVRHE U REGIJI CENTRALNE BiH

DRVNA INDUSTRIJA JE NOSILAC RAZVOJA REGIJE,

PROSJEČAN ZAPREMINSKI PRIRAST10,5 MILIONA M3 , POSJEČENE DRVNE MASE.

GODIŠNJE SE POSJEČE OKO 1.500.000 M3 DRVNE MASE,

NAKON SJEČE U ŠUMI OSTAJE OKO 177.OOO M3 DRVNOG OSTATKA ŠTO DODATNO DEGRADIRA ŠUME,

DRVNI OSTATAK IZ PRERADE DRVETA 154.000 M3

ISKORIŠTENOST DRVNOG OSTATKA U REGIJI

CENTRALNE BiH

253.857 M3 NEISKORIŠTENOG DRVNOG OSTATKA JE VEOMA ZNAČAJAN ENERGETSKI POTENCIJAL

PRIMJENOM SAVREMENIH TEHNOLOGIJA I MEHANIZAMA ZA PROMOCIJU OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE TAJ POTENCIJAL SE MOŽE ISKORISTITI ZA PROIZVODNJU TOPLOTNE I EL. ENERGIJE!

TRENUTNO SE KORISTI SAMO OKO 75.000 M3 DRVNOG OSTATKA (LOŽENJE, PROIZVODNJA PELETE I BRIKETA)

OČEKUJE SE PORAST POTRAŽNJE ZA PELETIMA I BRIKETIMA!

MJERE ZA POBOLJŠANJE TRENUTNOG STANJA

INFORMISANJE JAVNOSTI I EDUKACIJA O TEHNOLOGIJAMA, MOGUĆNOSTIMA PROIZVODNJE I PLASMANA PROIZVODA.

PRIMJENA MEHANIZAMA ZA PROMOCIJU OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE

SUBVENCIJE DRŽAVE, POVOLJNI KREDITI ZA POKRETANJE PROIZVODNJE.

PORESKE OLAKŠICE

JAČANJE SEKTORA DRVNE INDUSTRIJE NA NIVOU DRŽAVE BOSNE I HERCEGOVINE.

. Pregled iskorištenosti drvenog

ostatka za regiju Centralne

Bosne i Hercegovine

Mogućnosti korištenja bio-obnovljivih

goriva iz vlastitih izvora i od

raspoloživih količina sirovina iz

okruženja

POLJOPRIVREDNI OSTACI I OTPAD

Ostaci dijelova biljaka nakon žetve, ostaci nastali u procesu baliranja i materijali odbačeni nakon obrade

(slama, stabljike, ostaci od komljenja kukuruza, ljuske oraha, košpice voća i sl.)

Otpad se uopšte odnosi na životinjske ekskremente – đubrivo proizvodnja biogasa

62% poljoprivrednih ostataka pojavljuje se u četvrtom kvartalu

Energetska vrijednosti variraju od 17 do 20 MJ/kg (HHV)

Najproblematičniji konstituent biomase je voda

Primjeri primjene: Proizvođači šečerne trske na Floridi proizvode energiju iz vlaknastih ostataka šečerne trske za svoje i potrebe drugih potrošaća ili proizvodnja el. Energije na Havajima isti energent, Danska: elektrana na ostatke žitarica snage 450 MW

POLJOPRIVREDNI OSTACI I OTPACI

Za razliku od EU u BiH je potcjenjivački stav prema ovoj

vrsti, energenta,

Od 1 tone kukuruza 30% se može iskoristiti kao

gorivo(sušenje proizvoda, zagrijavanje)

Veliki izvor energije, jer raspolažemo sa dosta obradive

površine.

SVOJSTVA ODABRANIH POLJOPRIVREDNIH

OSTATAKA I OTPADAKA

Poljoprivredni ostaci HHV*

(MJ/k

g)

DM**

(MJ/kg) Pepeo (%) Celuloza Lignin (%)

Azot

(%) Sumpor (%) Ugljik (%)

Slama pšenice 17,51 90,1 8,90 50,1 13,7 0,61 0,11 43,2

Stabljika kukuruza 17,65 53,0 55,58 32,8 8,7 0,61 0,01 43,6

Klip kukuruza 18,77 - 1,36 - - 0,47 0,01 46,5

Stabljika pamuka 15,83 - 17,30 - - 1,20 0,02 39,5

Alfafa 18,45 - 7,25 36,7 8.95 1,00 0,02 46,8

Stabljika graha (slama) 17,46 - 5,93 39,5 13,8 0,83 0,01 42,9

Otpaci od proizvodnje

hrane i vlakana

HHV*

(MJ/k

g)

DM**

(MJ/kg)

Pepeo

(%) Celuloza

Lignin

(%)

Azot

(%) Sumpor (%)

Ugljik

(%)

Ljuska lupinastog voća 19,38 - 4,81 - - 0,96 0,02 45,0

Vlaknasti ostatak od

proizvodnje šećera i

šećerne trske 17,33 40,0 11,27 47,8 10,6 0,38 0,01 44,8

Otpad od prerade pamuka 16,42 86,0 17,60 - - 2,09 - 39,6

Ljuska kikirikija 18,64 - 5,89 - - 1,63 0,12 45,8

Ljuska riže 16,14 91,0 17,86 - - 0,40 0,02 41,0

Drop od grožđa 20,34 45,0 9,48 - - 1,86 0,03 52,9

Koštice masline 21,39 - 3,16 - - 0,36 0,02 48,8

HHV * - (High Heating Value) -Gornja toplotna vrijednost, DM** (Dry Material) -Suha materija

Količina životinjskog đubriva

također se može izračunati i

upotrebom softverskog

rješenja „Biogass

calculator“prezentiranog na

slici esno u zavisnosti od tipa

objekta za koji nam je

potrebna energija bioplina, te

željene snage i vrste domaće

životinje dobijamo potreban

broj grla životinja koji mogu

da proizvedu količine đubriva

za navedene parametre.

Primjer: Upotreba softvera za

proračun količina životinjskog

đubriva – BIOGAS CALCULATOR

ENERGETSKE KULTURE

Energetske kulture su one koje

su uzgojene isključivo u svrhu

proizvodnje biomase koja će

poslužiti za proizvodnju energije.

Ukupna količina ovako nastale

biomase koja je isključivo

namjenjena za konverziju u

energiju, razliku od

poljoprivrednih i šumskih

otpadaka i ostataka.

Uzgoj energetskih kultura još

uvijek je predmet intenzivnog

istraživanja

Niska energetska vrijednost i

sadržaj vlage

Energetska

kultura Maksimalan prinos, (t/ha)

Topola 25

(zavisno od kvaliteta tla)

Vrba 12

Trska 8

Mischantus

40

(zavisno od klime i kvaliteta

tla)

MAKSIMALAN PRINOS

ENERGETSKIH KULTURA (T/HA)

ENERGETSKE KULTURE

DRVNA UZGOJENA BIOMASA

Uzgajanje topola i vrba na energetskim plantažama,sa prinosom

od 25 t suhe materije po hektaru,

Usavršena tehnologija za uzgoj i preradu,

Ekološki čista sirovina ,ali skupa za masovniju komercijalnu

upotrebu,

Na području BiH mogu se uzgajati:bagremi ,toplole breze

NEDRVNA UZGOJENA BIOMASA

Energetske trave-visoke po nekoliko metara

(jednogodišnje,višegodišnje),

Prinos po hektaru je 15 t suhe materije,

Uzgajaju se za dobijanje etanola,(SAD) a u Evropi se uzgajaju

Kineske trave,

Biodizel

Biodizel (RME – Repičin Metil Ester) je motorno gorivo koje se dobija iz ulja repice ili drugih biljnih ulja (sojino, konopljino, suncokretovo) esterifikacijom sa metanolom uz metil dodatak katalizatora (kalijeva ili natrijeva lužina).

Ulje se uz dodatak metilnog alkohola i kalijeve lužine postupkom esterifikacije prerađuje u biodizel gorivo koje u potpunosti može zamijeniti fosilno gorivo.

Biodizel ima svojsta potpuno ista kao klasični dizel dobijen iz mineralnih ulja, a koristi se kao zamjena mineralnog dizela ili u određenoj smjesi s njim.

Osobine biodizela

Biodizel ne sadrži sumpora više od 0,001%

Biodizel nije otrovan, biološki je razgradiv, manje je iritantan za kožu i ne predstavlja opasnost za pitku vodu.

Biodizelsko gorivo uspješno je prošlo testove na vozilima jer do sada nije pokazalo nikakve negativne efekte na rad motora tih vozila.

Prednost motora na biodizel je bolje izgaranje, ispusni plinovi nemaju neugodan miris i sadrže manje krutih čestica.

Prednosti i nedostaci biodizela

Produžava se vijek trajanja motora zbog bolje podmazivanja, a SO2

je vrlo mali,

Razgrađuje se za 28 dana ako dospije u tlo,a u vodi se brzo

razgrađuje,

Pri proizvodnji biodizela iz uljane repice nastaju nusproizvodi

(pogača,sačma),

Dobija se i glicerin neophodan u kozmetičkoj industriji, kao i uljni

mulj, visokokvalitetno ekološko đubrivo,

Alternativno gorivo br.1,koji ima višu tačku paljenja od dizela,a

smanjen nivo emisije poliaromatskih i nitro-poliaromatskih

ugljovodonika koji izazivaju kancer,

Ukoliko će se desiti atak na šume i monokulturne poljoprivredne

tehnike, tad je biodizel opasna prijetnja.

Biodizel u BiH i svijetu

Proizvodnja i potrošnja biodizela u svijetu u porastu za razliku od BiH,

U BiH ima oko 400 000 oranica koje se ne obrađuju, a 10% zasada uljanom repicom dalo bi 50 000 tona biodizela,

TK raspolaže sa 100 000 ha obradivog zemljišta,

10% od zasijanog zemljišta uljanom repicom i suncokretom dalo bi 10 000 tona biodizela godišnje,

TK raspolaže sa 10 000 ha zemljišta od rudnika koje treba rekultivirati i mogli bi se zasaditi uljarice.