1

Energija iz biomase

Obnovljivi izvori energije i odrziv razvoj

Obnovljivi izvori energije

2

Definicije energije iz biomase

Energija iz materijala (drvo, slama, zivotinjski izmet) koji je donedavna bili zivi.

Energija se moze osloboditi: direktno spaljivanjem, ilipretvaranjem u druga goriva (kruta, tekuca ili plinovita)

Tradicionalna biomasa: ogrjevno drvo, slama, ljuske rize, zivotinjski izmet

Nova biomasa: industrijski proizvedena goriva iz biomase

Organski otpad

Vrste biomase (za energetske potrebe)

biomasa - drvo, kora, drveni otpad, lišće, nedrvne stabljike - u raznimoblicima, uglavnom usitnjenim (čips, granule) ili pak kompaktirani(pelete, briketi) radi olakšane i mehanizirane manipulacije;

biogoriva - razna ulja ili alkoholi, kao supstituti klasičnih tekućihgoriva, naročito pogodni za korištenje u postojećim motorima s unutarnjim izgaranjem - biodizel, etanol;

bioplin - nusprodukti raspadanja organskih tvari, najčešće nadeponijama smeća, velikim gnojištima na farmama i sl., gdje se možesigurni i učinkovito sakupiti

Pojavni oblici energije biomase

3

Bioenergetski ciklus na lokalnoj razini

Svjetska statistika

Ukupna masa svih zivih bica na zemlji: 2000 miljardi tona(ukljucujuci vodu ili vlagu)Ukupna masa kopnenih biljaka: 1800 miljardi tona

Ukupna masa šuma: 1800 miljardi tona

Energija spremljena u biomasi: 25.000 EJ

Svjetska populacija (2002): 6,2 miljardi

Biomasa po stanovniku: 300 tona

Neto godisnja proizvodnja kopnenih biljaka: 400 miljardi tona/godinu

4

Usporedbe

EJ/god TW

Godišnja pohrana u biomasi: 3000 95

Svjetska proizvodnja primarne energije: 451 14,3

Potrošnja biomase za energetske svrhe: 56 1,6

Potrošnja hrane: 16 0,5

Energetska vrijednost nekih goriva

Ogrjevna emisije CO2vrijednostGJ/t kg/GJ

Ugljen ~30 80

Nafta 42 70

Prirodni plin 55 50

Drvo (suho) ~15 80*

5

Energetska vrijednost biomase (i nekih goriva)

GJ/t GJ/m3

Drvo (zeleno, s 60% vlage): 6 7Drvo (suseno, s 20% vlage) 15 9Drvo (suseno, s 0% vlage) 18 9Drveni ugljen 30Papir (novinski) 17 9Zivotinjski izmet (suseni) 16 4Trava (tek pokosena) 4 3Slama (balirana) 15 1,5Otpad secerne trske 17 10Domaci otpad 9 1,5Nafta 42 34Ugljen 28 50Prirodni plin 55 0,04

Ciklus ugljika na lokalnoj razini

6

Efikasnost konverzije solarne energije u biomasu

6CO2 + 6H2O + svjetlo (sunceva energija) —→ C6H12O6 + 6O2

1 ha (10000 m2)Godisnja insolacija: 1300 kWh/m2 godGodisnja energija 46,8 TJ12% dolazi do lisca 5,6 TJ50% je fotosinteticki iskoristivo: 2,8 TJ85% se prima na liscu 2,4 TJ21% se pretvara u biomasu 0,5 TJ40% se gubi ili trosi u respiracijipa ostaje: 0,3 TJ

Ukupna efikasnost: 0,64%

Prinosi pojedinih “energetskih” biljaka

t/ha na godinu

Secerna trska 35Bagasa 10Secerna repica* 3Zitarice (psenica, riza) 15Sorgum, miscanthus 15Drvo** 10Drvo*** 20

* u Hrvatskoj** u umjerenim krajevima*** u tropskim krajevima

7

Izvori biomase

“Energetske” biljkedrvenaste biljkepoljoprivredne biljke(miscanthus, sorghum)

a) sunflowerb) soybeanc) rapeseedd) beans

e) forest area (ha)

f) Annual production of wood assortment (logs, firewood, wood residue) (m3).

a) b) e)

c) d) f)

Agricultural biomass potential u Hrvatskoj (t):

Woody biomass potential:

*source: Schneider (Int. J. Energy, 2007)

8

Izvori biomase

“Energetske” biljkedrvenaste biljkepoljoprivredne biljke(miscanthus, sorghum)

Otpaddrveni otpadotpad/ostatak od psenice, kukuruza (slama)bagasa (od secerne trke)ljuske rizezivotinjski izmetkomunalni otpad

deponijiizgaranjeanaerobni digestori

Elektrana na slamu

9

Sastav komunalnog otpada

Proizvodnja plina iz deponija komunalnog otpada

10

Spaljivanje komunalnog otpada u EU

Izgaranje biomase

Izgaranje drva (primjer na litri vode)

Izgaranje drvenog ugljena

Izgaranje komunalnog otpada

11

Spalionica komunalnog otpada

Proizvodnja plinskih goriva iz biomase

Anaerobna pretvorba (anaerobic digestion)Organski materijal + Bakterije -> secer -> kiseline -> plin + kruti ostatak

Bioplin (mokri otpad)(od 1 m3 do 1000 m3)stalna ili u sarzamadigestija 10 dana do nekoliko tjedana

Plin sa deponija (landfill gas)1 t opada -> 200-400 m3 bioplina (50-75% metan); 8 GJ/t

Anaerobni digestori za komunalni otpad

GasifikacijaPara + kisik + organski materijal -> plin (CO + H2 + CH4)

12

Integralno rješenje gospodarenja otpadom

Kombinirani ciklus:

plinska turbina i parna turbina

13

Proizvodnja tekućih goriva

Piroliza

Plin u tekucinu (gas to liquid) – Fischer-Tropsch proces

Fermentacija – proizvodnja etanola

Biljna ulja u biodizel

litara/toni litara/hektaru na godinu

Sećerna trska 70 400-12,000

Kukuruz 360 250-2000

Cassava (korijen) 180 500-4000

Batat (korijen) 120 1000-4500

Drvo 160 160-4000*

* Teoretski maksimum

Proizvodnja etanola iz biomase

14

Strategy of Energy Development of the Republic of Croatia from 1998 envisions 4%-8% of Bio-diesel in transportation fuel by 2030

• One of the national programs: BIOEN A feasibility study of introduction of bio-diesel in Croatia released in 2001Croatia will have to meet the European 5.75% target by 2010Recent ordinance: 0.9% of total energy in 2007 should be bio-fuelsPrivate initiative: two bio-diesel factories (Ozalj, Virovitica) + bio-ethanol10 bio-diesel buses in service in Zagreb (2007)

Bio-diesel in Croatia

Bio-Diesel Production

Agricultureseed

processing

Oil production Estherification

straw

seed oil

cakeglycerine

900-1300 l/ha30-42 GJ/ha

MethanolEnergy inoil production

Energy inagriculture

7.8-11.2 GJ/ha7.3-10.6 GJ/ha

41.1-59.4 GJ/ha

15-21.6 GJ/ha 5.5-7.9 GJ/ha 4.7-6.8 GJ/ha

Bio-diesel

SolarEnergy

43000 GJ/ha*

*Assumption: 1200 kWh/m2,yr

15

Bio-diesel from waste cooking oil

Lower cost of the feedstockNeeds filtrationProblems with storage – it should not be stored for a long timeHydrogenated oils should be avoided

Recent poll in Zagreb:100,000 l of waste cooking oil –

enough for 2-3 bio-diesel busesHouseholds: 2 l/person equal to 1 million liters/year

Pretvaranje biomase u korisnu energiju

16

Procjene koristenja energije iz biomase u svjetskoj energetskoj bilanci

EJ/god % od ukupne

Johansson, et al., 1993 2025 145 37%2050 206 37%

Shell, 1994 2060 220 14-22%WEC, 1994 2050 94-157 15%

2100 132-215 11-15%Greenpeace, 1993 2050 114 19%

2100 181 18%IPCC, 1996 2050 280 50%

2100 325 46%

Utjecaji na okoliš (pozitivni i negativni)

Emisije štetnih plinova (LCA Life Cycle Analysis)ugljicni dioksidmetandrugi

Površina zemljišta

Neto energija (EROI – energy return on investment)

Cijenaelektrične energijebiogoriva

Energija iz biomase

17

How much hydrogen can be produced from one hectare?

PhotovoltaicArray

OrWind

Turbine

Electrolyzerelectricity hydrogen

water

SolarEnergy

50000 GJ/ha

1900 GJ/ha2500 GJ/ha

Assumptions: 1400 kWh/m2,yr; coverage 50%, eff. PV = 0.1; eff. electrolyzer = 0.75