Sta tus i pravci kori {} ewa biomas e kao goriva u zemqama ...termotehnika.vinca.rs/content/files/status-i-pravci-koriscenja... · - u niskotemperaturskom delu se obavqa piroliza

Dragan Stevanovi}*

Inèwering i konsalting, Sulcbah‡Rozenberg, Nema~ka

Sta tus i pravci kori{}ewa biomasekao goriva u zemqama Evropske UnijeStru~ni radUDK: 628.4.042:662.65

Od svih obnovqivih izvora energije, biomasa je oblik koji najvi{e obe}ava.Pored tradicionalnog kori}ewa kao izvora toplote, sve se vi{e uspe{no ko-risti za proizvodwu elektri~ne energije. Nasuprot foto-}elijama i vetro--gen er a torima, struja iz biomase se moè proizvesti onda kada je potrebna.To postaje sve va`nija karakteristika, kako raste u~e{}e elektri~neenergije proizvedene iz obnovqivih izvora energije. Jo{ va`nije, biomasa jejedini oblik obnovqivih izvora energije od kojeg se mogu dobiti te~na igasovita goriva koja nisu fosilnog porekla. To ~ini biomasu nezaobilaznim~iniocem bilo kojeg scenarija snabdevawa energijom u budu}nosti. Biomasa nesamo da je neutralna po pitawu emisije CO2 – ona moè da absorbuje atmos-ferski CO2 i da ga veè, smawuju}i wegovu koncentraciju u atmosferi.Ove izuzetne prednosti biomase kao obnovqivog izvora energije su veoma pri-znate u Evropskoj Uniji. Energetska politika svih zemaqa EU podràvakori{}ewe biomase kao goriva na razli~ite na~ine: od „feed-in” tarifa, preko bonusa za kogeneraciju, poreskih olak{ica, pa sve do veoma zna~ajne podr{keistraìva~ko-razvojnim projektima koji se bave budu}im tehnologijama zaproizvodwu ne-fosilnih te~nih i gasovitih goriva. Istovremeno, energet-ska politika EU nastoji da {to pre ispravi neke pogre{ne razvoje u primenibiomase ili odgovaraju}ih tehnologija. To je uglavnom slu~aj sa neodrìvomeksploatacijom biomase, prevelikim udelom fosilnih goriva u finalnomproizvodu (usled transporta, sekundarnih transformacija i sl.), ugroà-vawa biolo{ke raznovrsnosti vrsta, ili usled konflikta sa lancima pro-izvodwe hrane.Ovaj rad prikazuje stawe dana{weg kori{}ewa biomase (toplota, elektri~-na energija, te~na biogoriva prve generacije) u nekoliko EU zemaqa, kao iprikaz glavnih pravaca razvoja tehnologija za budu}e kori{}ewe biomase(te~na biogoriva druge generacije, sinteti~kog prirodnog gasa, vodonika). Upogledu izvora biomase za energetsku upotrebu, uo~qiv je jasan pravac ka ko-ri{}ewu otpadne biomase i ostataka iz poqoprivredne proizvodwe. To jemotivisano ne samo odgovaraju}om energetskom politikom (npr. odvajawemod lanca ishrane), ve} i zakonima slobodnog trì{ta (npr. vi{a cenakvalitetne drvne cepke). Zbog toga se uo~avaju stalni napori da se razvijunove ili unapre|ene tehnologije koje mogu da koriste biomasu sve lo{ijegkvaliteta.

Kqu~ne re~i: biomasa, energetska politika, kombinovana proizvodwa,sinteti~ki prirodni gas, te~na biogoriva, goriva drugegeneracije, odrìva biomasa, konkurencija proizvodwi hrane,drvena cepka, drveni peleti, poqoprivredni otpad

D. Stevanovi}: Status i pravci kori{}ewa biomase kao goriva u zemqama EUTERMOTEHNIKA, 2011, XXXVII, 3, 311‡324

311

* Odgovorni autor; elektronska adresa: [email protected]

Te~na goriva prve generacije

Najzna~ajnija te~na goriva prve generacije su biodisel i bioetanol. Od po-

~etka 2000-tih godina, naglo raste proizvodwa i primena ovih goriva, da bi od 2007.

do{lo prvo do zastoja u rastu, a zatim i opadawa proizvodwe (sl. 1). Razlog leì u de-

taqnim analizama, koje su pokazale da prvobitni entuzijazam nije bio u potpunosti

opravdan, jer ova goriva ne doprinose smawewu emisija gasova staklene ba{te u onoj

meri kako se to prvobitno o~ekivalo. Naime, za gajewe uqane repice, kukuruza ili

ìtarica od kojih se ova goriva mogu dobiti (obrada zemqi{ta, |ubrewe, trans -

port), kao i za proces proizvodwe, koriste se uglavnom fosilna goriva - usled ~ega

se smawuje u{teda u emisiji CO2. Kod uqane repice (tj. biodizela) dodatni prob lem

je emisija NO2 koji se razvija tokom vegetacionog perioda ove biqke.

Na sl. 2 su prikazani rezultati tzv. eko-bilans analiza. Smawewe emisija

CO2 (ekvivalentno, u odnosu na emisije iz fosilnih goriva) iznosi:

- 45% kod bio-etanola iz ìtarica,

- 52% kod bio-etanola iz kukuruza,

- 70% kod bio-etanola iz {e}erne trske, i

- 58% kod biodizela iz uqane repice.

Pri tome se radi o direktnim emisijama (sl. 2), od tzv. dLUC (di rect land use

change) – direktnog efekta promene kori{}ewa zemqi{ta. Ove analize idu i daqe i

procewuju emisije ukqu~uju}i i efekte iLUC (in di rect land use change) – indirektnih

efekata promene kori{}ewa zemqi{ta (sl. 2). Po{to i daqe postoji potreba za


312

Slika 1. Razvoj kapaciteta i proizvodwe biodizela u Nema~koj, [1]


313

Slika 2. Analiza smawewa emisija gasova staklene ba{te [2]

hranom koja se ranije uzgajala na zemqi{tu kome je sada promewena namena, potrebno

je intenzivirati proizvodwu na preostalim povr{inama (pove}ano kori{}ewe |ub-

riva), ili ukqu~iti nove povr{ine. Nove povr{ine se uglavnom odlikuju visokim

sadràjem akumuliranog ugqenika, koji se delimi~no osloba|a novim na~inom

eksploatacije i doprinosi ve}im emisijama CO2 u atmosferu. Tako moè do}i do

slu~aja da su emisije ~ak i ve}e nego u slu~aju kori{}ewa fosilnih goriva. Me|utim,

ukoliko se za proizvodwu energetskih biqaka koriste degradirana zemqi{ta (sa

niskim sadràjem ugqenika, lo{eg kvaliteta za proizvodwu hrane) efekat je

suprotan – eksploatacijom tih zemqi{ta dolazi do dodatne akumulacije ugqenika u

tlu i rezultat smawewa emisije moè biti i preko 100%, odnosno smawewa koncen-

tracije CO2 u atmosferi!

Kao rezultat ovakvih analiza, promenila se energetska politika prema ovim

gorivima. Umesto potpunog osloba|awa od poreza na mineralna te~na goriva, po~elo

je postepeno oporezivawe. U Nema~koj od 2006. godine raste stopa poreza, koja }e se

2013. godine prakti~no sasvim izjedna~iti. Me|utim, ve} danas je maloprodajna cena

biodizela izjedna~ena sa cenom dizela, tako da vi{e ne postoji motivacija za wegovim

100%-nim kori{}ewem. Me|utim, postoji obaveza dodavawa biodizela u fosilni

dizel (u Nema~koj 5%). Na taj na~in je sa~uvano trì{te za biodizel, ali je zaustav-

qen daqi eksponencijalni rast. Mnoge firme su dovedene u ste~aj, jer nisu na vreme

prepoznale taj pravac i ulagale su u daqi razvoj kapaciteta (sl. 1).

Energetska politika se okrenula takozvanim te~nim gorivima druge gen -

eracije.

Te~na goriva druge generacije

Biogena te~na goriva druge generacije su jo{ u razvoju. Od wih se o~ekuju

boqe karakteristike goriva, ve}i prinos po hektaru kori{}enog zemqi{ta, a

pogotovo mnogo ve}i efekti u pogledu smawewu emisija gasova staklene ba{te. Pri

ponovnom pogledu na sl. 2 se odmah moè uo~iti da je ovo posledwe mnogo efikasnije

ako se koristi otpadna biomasa i ostaci iz poqoprivredne proizvodwe. Ujedno se

time otklawa i veoma problemati~na (eti~ki i politi~ki) konkurencija izme|u

proizvodwe hrane i energije.

Ove tehnologije su poznate pod skra}enicom BtL (bio mass to liq uid). Zasnivaju

se na gasifikaciji biomase, tako da se kompletna biomasa (ukqu~uju}i celulozu)

transformi{e u sinteti~ki gas, a od wega se sinteti{u te~na goriva. Tako dobiveni

dizel je izuzetnog kvaliteta, sagoreva boqe i ne sadrì policikli~ne aromate

({tetne emisije su 30-50% niè u odnosu na dizel fosilnog porekla). Sinteza dizela

se vr{i pomo}u Fi{er-Trop{ovog (Fischer-Tropsch) procesa, sa kojim postoji veoma

dugo iskustvo (u Nema~koj - neposredno pre i u toku drugog svetskog rata, u Ju`no-

afri~koj Republici, a u novije vreme u Kataru i Kini). Umesto dizela, moè da se

sinteti{e metanol.

Najpoznatiji evropski projekti sa BtL postrojewima nalaze se u Nema~koj

(CHOREN, Freiberg i BioLiq, Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) i Austriji (Güssing).

Glavne razlike izme|u ovih postupaka su u procesu gasifikacije.


314

CHOREN zasniva svoje postrojewe na prethodno razvijenom Carbo-V gasifi-

katoru biomase (sl. 3). To je trostepena gasifikacija:

- u niskotemperaturskom delu se obavqa piroliza biomase, pri ~emu se dobijeni

gas i ter {aqu na gasifikaciju u drugi stupaw, a drveni ugaq posle mlevewa u

tre}i stupaw,

- drugi deo ~ini komora za visokotemperatursku gasifikaciju piroliznog gasa pod

pritiskom sa kiseonikom i vodenom parom, uz reciklaù pra{ine drvenog ugqa

iz dela za pre~i{}avawe sinteti~kog gasa, i

- dobijeni gasovi visoke tem per a ture se koriste za gasifikaciju ugqene pra{ine u

letu, u delu koji je integrisan odmah posle komore za sagorevawe i koji ~ini endo-

termski hladwak gasifikacije (1600 ® 800 °C); tem per a ture su tako visoke, da se

pepeo izdvaja na dnu u te~nom stawu.

Nedostatak ovog postupka je potro{wa kiseonika i neophodnost postrojewa

za separaciju vazduha. Dobijeni sinteti~ki gas ne zadovoqava uslov da je odnos kon-

centracija vodonika i CO ve}i od 2,1 (H2/CO > 2,1), {to je neophodno za daqi postupak

u Fi{er-Trop{ reaktoru. Zato je potrebno pove}ati koncentraciju H2 na ra~un CO i

H2O u tzv. shift reaktorima, {to je pra}eno daqim pogor{awem energetskog bilansa.

Jednim delom se dobija i sinteti~ni vosak, koji se daqe hidrokreking postupkom

tako|e prevodi u dizel (pod za{ti}enim nazivom SunDiesel). Na kraju, stepen koris-

nosti transformacije biomase u BtL iznosi oko 48% [4].

CHOREN je daleko najve}i projekat te vrste u Evropi i u svetu, pa je privu-

kao ve}i broj velikih kompanija u svoj konzorcijum (Folksvagen, Dajmler-Benc,

[el). Zbog ka{wewa u realizaciji b-postrojewa, pojavile su se sumwe u ovaj koncept,


315

Slika 3. Carbo-V postupak za gasifikaciju biomase [3]

pa je tako [el napustio prvobitni konzorcijum. Me|utim, postoje novi planovi da

CHOREN u Francuskoj izgradi mawe BtL postrojewe za preradu 23 hiqade tona drveta

godi{we. Kompleksnost postrojewa zahteva velike kapacitete, da bi se snizili

specifi~ni tro{kovi. Svojevremeno su bila planirana postrojewa za preradu 1

milion tona drveta godi{we (logisti~ki problemi!). Sada se govori o razum- nijim

kapacitetima ‡ modulima od 200 hiqada tona godi{we.

Upravo prob lem velikih kapaciteta i lokalne raspoloìvosti biomase,

naveli su istraìva~e iz Istraìva~kog centra Karlsruea (FZK) da razviju BioLiq

proces za kori{}ewe slame. Piroliza slame se obavqa u puàstom reaktoru (sl. 4,

levo), pri ~emu je nosilac potrebne energije vru}i pesak koji se recirkulira u ovom

postrojewu. Dobijeni gasovi iz pirolize se odmah sagorevaju, a dobijena toplota

sluì za zagrevawe peska za pirolizu. Ugqenisani ostatak slame zajedno sa dobije-

nim terom se izdvaja u obliku suspenzije (slurry, za{ti}eni naziv BioLiq) koja se mnogo

lak{e prevozi na ve}e udaqenosti (koncentracija energije za faktor 10-15).

Ova suspenzija bi se dovozila iz 20-30 postrojewa za pirolizu slame u jedno

centralno postrojewe za daqu gasifikaciju u letu, pomo}u kiseonika i vodene pare,

pod pritiskom od 60 bar (sl. 4, desno). Tu se dobija sinteti~ki gas, koji se daqe pre-

~i{}ava pre nego {to se vr{i sinteza te~nih goriva. Doneta je odluka da se obavqa

sinteza metanola, a ne dizela, po{to se on, navodno, univerzalnije daqe koristi.

Mo`da je na ovu odluku uticalo i to da je u konzorcijumu oko ovog projekta glavni

partner Lur gi GmbH (sada deo L’Air Liquide-a), koji je mnogo aktivniji na trì{tu he-

mijskih proizvoda. Ne postoje dostupni podaci o ukupnom stepenu korisnosti ovak-

vog postrojewa, ali se procewuje na oko 43% [4]. Nedostatak je potreba transporta

izme|u dva stepena prerade, ali i nedovoqna mogu}nost iskori{}ewa toplote koja se

razvija pri prvom stepenu prerade, tj. pirolizi.


316

Slika 4. BioLiq postupak za dobijawe te~nih goriva iz slame [5]

Tre}i veliki projekat u oblasti BtL, koji je ve} duì niz godina sufinan-

siran od strane EU, je projekt Gising (Güssing ‡ po gradu u Austriji u kome se nalazi

prvo postrojewe). Projekat vodi firma REPOTEC Umwelttechnik GmbH, pri ~emu je

stalno prisutna stru~na podr{ka Tehni~kog univerziteta iz Be~a (TU Wien).

Gasifikacija se obavqa u fluidizovanom sloju, uz pomo} vodene pare

pregrejane na oko 450 °C (sl. 5). Da bi se dobila dovoqno visoka temperatura za gasi-

fikaciju, u reaktor se dovodi vru}i pesak tem per a ture 800 °C. Vreme zadràvawa,

kao i sredwa temperatura u reaktoru (600 °C) nisu dovoqni da se izvr{i potpuna

gasifikacija drvenog ugqa koji pri tome nastaje. Taj vi{ak drvenog ugqa se zajedno

sa peskom odvodi u susednu komoru gde se obavqa wegovo potpuno sagorevawe pomo}u

vazduha, a oslobo|ena toplota se koristi za ponovno zagrevawe peska. Tako se

koristi princip cirkulacionog fluidizovanog sloja, uz dodatak komore za sagore-

vawa. Izme|u dve komore (reaktor i sagorevawe) ne postoji intenzivno strujawe

gasa, tako da se azot iz vazduha za sagorevawe ne me{a sa sinteti~kim gasom iz gasi-

fikacije. Na taj na~in je inteligentno izbegnuto kori{}ewe kiseonika, a istovre-

meno izbegnut azot koji je nepotreban sastojak u procesu Fi{er-Trop{ sinteze.

Nedostatak je da se ne dobija potreban odnos H2/CO > 2,1 pa se mora izvr{iti

shift reakcija pre Fi{er-Trop{ sinteze. Stepeni korisnosti dobijawa te~nog

goriva su ispod 30%, tako da ova grupa zagovara metod poligeneracije: istovremeno

dobijawe elektri~ne energije, toplote i te~nog goriva, kako bi se ukupni stepen

korisnosti podigao na 70% [6].

Postoji i unapre|eni postupak koji koristi AER metodu. Za materijal u

fluidizovanom sloju se koristi CaO, koji vezuje CO2 iz sinteti~kog gasa i tako

uspostavqa potreban odnos H2/CO. Pri ponovnom zagrevaju u susednoj komori za

sagorevawe drvenog ugqa, dolazi ko kalcinacije nastalog CaCO3, tako da se CO2

ponovo osloba|a i sa produktima sagorevawa napu{ta sistem.


317

Slika 5. Gising postrojewe za gasifikaciju biomase, [6]

Pored stalnog dogra|ivawa postrojewa u Gisingu novim komponentama, sa-

da se gradi prvo industrijsko postrojewe ove vrste u Ulmu u Nema~koj.

Pored BtL procesa, radi se i na razvoju drugih postupaka za efikasnije dobi-

jawe te~nih goriva iz biomase. O~ekuje se uspe{no uzgajawe bakterija koje bi u pro-

cesu biolo{kog vrewa razarale i celulozu, koja je do sada uvek bila deo neisko-

ri{}enog ostatka. Slede}a mogu}nost leì u hidrirawu uqa koja se direktno dobi-

jaju iz biqaka. Pri tome se uglavnom ra~una na veliki potencijal koji postoji za

uzgajawe palmi, ali samo na degradiranom zemqi{tu (sl. 2). Iako ova podru~ja ne le-

è u Evropi, na iskori{}avawu tih mogu}nosti se uveliko radi, pre svega zbog

atraktivnosti cene tako dobijenog goriva.

Biogas

Biogas, ili biometan kako se sve ~e{}e naziva, je ve} dugi niz godina u stal-nom razvoju u skoro svim zemqama EU. Prvenstvena namena je bila dobijawe elek-tri~ne energije putem gasnih motora, uz dodatno kori{}ewe otpadne toplote. Zad-wih godina je uo~eno da ekonomi~nost ovih postrojewa u mnogome zavisi od mogu}-nosti da se u {to ve}oj meri iskoristi raspoloìva otpadna toplota. To do sada nijeuvek bilo mogu}e, pogotovo kod ve}ih postrojewa, koja su uglavnom udaqena odpotro{a~a toplote. Zato se razvila ideja da se biogas, koji je danas veoma blizu (70%)kvalitetu prirodnog gasa, dodatno pre~isti i oplemeni, kako bi se mogao napajati upostoje}u gasovodnu mreù i tako transportovati do potro{a~a. Prvobitna ideja jebila da se na taj na~in razdvoji mesto proizvodwe biogasa i mesto gde se proizvodielektri~na energija i tro{i raspoloìva toplotna energija iz gasnih motora. Pritome je vlasnik oba postrojewa isti, a za trans port gasa mora da plati jednu fiksnucenu po kWh. Ova ideja je mnoge privukla, tako da je zadwih meseci u Nema~kojotvoreno 14 novih postrojewa za biogas koji napajaju gas u gasovodnu mreù.

Sada se raspravqa o dodatnim merama energetske politike, kojima bi senapajawe biogasom odvijalo sli~no napajawu struje u elektri~nu mreù. U tom slu-~aju bi neko drugi mogao da kupi biogas (odnosno prirodni gas sa potvrdom o bioge-nom poreklu) i da ga koristi za svrhe koje mu odgovaraju. Naravno, glavna diskusija sevodi oko cene eventualnih feed-in tarifa.

Da bi se biogas podigao na kvalitet prirodnog gasa potrebno je uklonitisumpor (i neke druge primese), podi}i pritisak, izdvojiti kondenzat i ukloniti CO2. Za ovo zadwe se najpogodnijom pokazala PSA adsorpcija molekularnim sitima.

Me|utim, pored ovog impresivnog razvoja, pred biogasom stoji i jedna poten- cijalna opasnost: zbog brojnosti i veli~ine postrojewa sve je va`nije kori{}ewesupstrata iz lanca ishrane (npr. silaà kukuruza, ili {e}erna repa). Ne samo da seradi o konkurenciji proizvodwi hrane (prob lem cene kukuruza u Severnoj Americipre dve godine, zbog naglog razvoja postrojewa za dobijawe bioetanola i biogasa), ve} se i znatno umawuje efekat smawewa CO2 emisija (sl. 2). Zato }e verovatno uskoroenergetska politika u EU po~eti da favorizuje ve}e kori{}ewe otpadne biomase.

^vrsti ostatak posle dobijawa biogasa se u suspenziji koristio kao kvali-tetno |ubrivo. Me|utim, zbog porasta broja postrojewa ponuda je postala prevelika,pa se pojavquje prob lem odlagawa tog materijala. Pojavila su se re{ewa sa odva-


318

jawem te~nog dela i daqim su{ewem ~vrstog dela, ~ime se dobija materijal koji moè daqe da se korisi za sagorevawe ili gasifikaciju. Pri tome se ustanovilo da raz- netrave i slama, koje u sirovom stawu predstavqaju prob lem za termi~ke procese zbogniske ta~ke omek{avawa pepela, posle tretirawa u postrojewima za biogas pos- tajumnogo pogodnije. Obja{wewe je da se u suspenzijama odgovaraju}ih supstrata iz-dvajaju soli i ostaju u te~noj fazi. Ova ~iwenica moè biti veoma va`na za izbor naj- pogodnijih biomasa za dobijawe biogasa.

SNG – Sinteti~ki prirodni gas

SNG (sinteti~ki prirodni gas ili substitut prirodnog gasa) se tako|e po-nekad naziva i biometan. Za razliku od biogasa, dobija se kataliti~kom sintezom izsinteti~kog gasa. Prvi deo procesa, gasifikacija biomase, istovetan je kao kodprocesa za dobijawe BtL. U Americi, a u zadwe vreme i u Kini, ovaj postupak seprimewuje za dobijawe gasa iz ugqa, tako da postoje zna~ajna iskustva sa industrij-skim postrojewima. Me|utim, za proizvodwu bio-SNG ne postoji ni jedno indus-trijsko postrojewe. Firma Rapotec (Gising, Austrija) na svom test postrojewu je u ok-viiru jednog EU-projekta istraìvala ove mogu}nosti, pa }e se na prvom industrij-skom postrojewu u Ulmu, u obimu predvi|ene poligeneracije, proizvoditi i SNG.Intenzivna istraìvawa se vr{e i u Holandiji (Institut ECN, indirektni gasifi-kator MILENA), koja ima veoma razvijenu gasnu infrastrukturu i za koju je SNG po-tencijalno najva`niji oblik energije iz biomase. Firma CHOREN u svom portfoliuima tako|e proizvodwu SNG. U principu, svako ko proizvodi sinteti~ki gas za pro-izvodwu BtL-a, moè da se usmeri i na proizvodwu SNG-a. Uslovi trì{ta, a i ener-getska politika, su ti koji }e odrediti {ta je u kom trenutku ekonomski ili ekolo{-ki oportunija alternativa. Pri tome je poznato da je stepen korisnosti pri proiz-vodwi SNG-a vi{i nego pri proizvodwi BtL-a. Prvi testovi ukazuje da taj stepen ko-risnosti moè biti i preko 70%.

To ilustruje i sl. 6: energijom dobijenom sa jednog hektara poqoprivrednepovr{ine moè se pre}i 67.600 km automobilom, ukoliko se koristi biometan. Ko-ri{}ewem SNG-a, ova distanca }e se jo{ dodatno pove}ati. Zato se (pogotovo u Ho-landiji) govori o bioetanu prve generacije (biogas) i druge generacije (SNG) ‡ sl. 7.

Za proizvodwu SNG-a je potreban gas jo{ bogatiji vodonikom: odnos H2/COmora biti 3. Zbog toga je unapre|eni Gising gasifikator, po opisanom AER metodu,povoqniji za ovaj proces od npr. CHOREN ili FZK gasifikatora, kojima je potrebanjo{ i shift reaktor. Kao i biogas, i SNG se mora prethodno kondicionirati pre nego{to se uvodi u gasnu mreù. To je u ovom slu~aju dosta jednostavnije, jer se ve} u pro-cesu sinteze dobije gas na pritisku od oko 5 bar, a i ne postoje primese kao sumpor,azot, kiseonik ... Potrebno je dakle sasvim ukloniti kondenzat, kao i smawiti kon-centraciju CO2 na prihvatqivu meru (putem molekularnih sita).

Kombinovana proizvodwa elektri~ne i toplotne energije

Za kombinovanu proizvodwu elektri~ne i toplotne energije se jo{ uvek naj-

~e{}e koristi parni ciklus sa klasi~nim loì{tem za biomasu (uglavnom drvena


319

cepka) i parnom turbinom sa oduzimawem. Ovakva postrojewa postiù elektri~ne

stepene korisnosti u opsegu 20‡25%. Da bi se postigla ekonomi~nost ovakvih pos-

trojewa, veoma je vaàn toplotni konzum, odgovaraju}e snage i godi{weg optere-

}ewa. Svoje stalno mesto na trì{tu je zauzeo i ORC (or ganic Rankin cy cle) ciklus,

pogotovo kod mawih postrojewa, koja uz odgovaraju}i toplotni konzum mogu biti

ekonomi~na i pored stepena korisnosti ispod 20%.

Visoka cena biomase (u Nema~koj trenutno iznad 80 €/t suve materije za naj-

lo{iji kvalitet) uslovqava pravac ka sve lo{ijim gorivima, a motivi{e razvoj pos-

trojewa sa vi{im stepenom korisnosti. Re{ewe se vidi ponovo (kao kod te~nih i


320

Slika 7. Potencijali za substituciju prirodnog gasa u Holandiji [8]

Slika 6. Put koji se moè pre}i automobilom koriste}i energiju dobijenu sa 1 ha [7](potro{wa: Otto 7,4 l/100 km, Duzel 6,1 l/100 km)

gasovitih goriva druge generacije) u gasifikaciji biomase i sagorevawu proiz-

vedenog gasa u gasnim motorima. I pored visokog stepena korisnosti gasnog motora,

kao i same gasifikacije, rezultiraju}i stepeni korisnosti su uglavnom u opsegu

25–30%. Prob lem leì u veoma zahtevnom i skupom pre~i{}avawu gasa (pre svega

uklawawe tera i pra{ine) pre nego {to se gas moè upotrebiti u gasnom motoru.

Najva`niju referencu na ovom podru~ju ima danska firma Babkok i Vil-

koks Velund (Bab cock & Wilcox Velund). U gradu Haarbore radi wihovo postrojewe koje

se sastoji od suprotnosmernog gasifikatora biomase, kotla na izdvojeni ter i dva

gasna motora (svaki od oko 760 kW). Postrojewe je u radu oko 8000 sati godi{we, a

gasni motori su skupili preko 40.000 ~asova rada (svaki). U patentiranom postupku

pre~i{}avawa gasa izdvaja se ter i odlaè za zimske mesece, kada je pove}ana po-

tro{wa toplotne energije. Gasni motori rade stalno, a wihova otpadna toplota za-

dovoqava stalni toplotni konzum.

Postoji veliki broj proizvo|a~a gasifikatora mawih kapaciteta, koji

tako|e rade sa gasnim motorima. Dobar primer je firma URBAS iz Austrije, koja

proizvodi postrojewa sa istosmernim gasifikatorima biomase (znatno mawi prob-

lemi sa terom i jevtinija mogu}nost wegovog odvajawa). Standardna postrojewa pro-

izvode 150 kW elektri~ne snage i 300 kW toplote. Veliki nedostatak ovog postro-

jewa je inherentna osobina istosmernog gasifikatora: potrebna je cepka veoma

dobrog kvaliteta, niskog sadràja vlage i ravnomerne veli~ine i oblika. U protiv-

nom se stvaraju kanali kroz zasip biomase, koji onemogu}avaju ravnomernu distribu-

ciju gasa i dovode do problema u radu. Zato se ovakva postrojewa mogu isplatiti samo

za mawe kapacitete.

Prob lem gasnih motora je da zahtevaju znatno intenzivnije odràvawe u od-

nosu na turbo-ma{ine. Pored toga, zbog kratkog vremena sagorevawa, produkti sago-

revawa sadrè neke {tetne gasove. U slu~aju sinteti~kog gasa iz gasifikacije bio-

mase, to su razli~iti aldehidi. Zato energetska politika nastoji da podstakne razvoj

u toj oblasti, pa se na primer u Nema~koj dobija dodatni bo nus na cenu proizvedene

elektri~ne energije, ukoliko su emisije aldehida ispod odre|ene granice. Kod ve}ih

postrojewa to nije slu~aj, pa tako na primer Babkok i Vilkoks Velund ne moè da do-

bije dozvolu za gradwu svojih postrojewa u Nema~koj. Pored emisije aldehida, u tom

slu~aju prob lem predstavqa i spaqivawe tera, koje zahteva postrojewa sa mnogo

stroìm zahtevima u pogledu emisija. Ova firma radi na razvoju unapre|enog pos-

trojewa (na bazi kombinovanog ciklusa – gasni mo tor + parna turbina) koji obe}ava

znatno vi{i stepen korisnosti. Prvo ovakvo postrejewe se gradi u Italiji, ali po

svoj prilici, zbog navedenih problema, ne}e biti mogu}na gradwa u Nema~koj.

Drveni peleti

Drveni peleti postaju sve zna~ajnije gorivo u evropskim doma}instvima. La-

ko se transportuju i skladi{te i nisu mnogo zahtevniji od lo`-uqa, jer su razvijena

potpuno automatizovana postrojewa. I pored visoke cene (sl. 8) u odnosu na druge ob-

like biomase, energija iz peleta je ispod cene svojih glavnih konkurenata – lo`-uqa

i prirodnog gasa. S druge strane, proizvodwa peleta nije mnogo zahtevna, pa je tr-


321

ì{na cena veoma atraktivna i za proizvo|a~a, tako da stalno ni~u novi kapaciteti

(sl. 9). ~ak je uo~eno da se ameri~ke i kanadske firme spremaju za masovnu proizvodwu

peleta i wihov izvoz u Evropu. Verovatno }e energetska politika reagovati na to,

nastoje}i da sankcioni{e duge transportne puteve i odgovaraju}e pove}awe emisije

fosilnog CO2. Trì{te peleta je jo{ veoma neravnomerno u EU – dok doìvqava

pravi bum u [vedskoj, Nema~koj, Austriji i Italiji, u nekim drugim zemqama je jo{

potpuno nepoznati proizvod. Zato se opravdano moè ra~unati da }e ovo trì{te i

daqe zna~ajno rasti.


322

Slika 8. Razvoj cene drvenih peleta, lo`-uqa i prirodnog gasa u Nema~koj [9]

Slika 9. Razvoj proizvodnih kapaciteta, proizvodwe i potro{we peleta u Nema~koj, [10]

Zakqu~ak

Energetska politika EU je veoma aktivna na poqu obnovqivih izvora ener-gije, pa tako i na poqu biomase. Budno se prate efekti preduzetih mera i odgova-raju}i razvoj trì{ta. Ukoliko se primete neèqeni efekti odmah se preduzimajukorektivne mere. Pogotovo se intezivno istraùju uticaji na odrìvost proiz-vodwe biomase za energiju i na emisije gasova staklene ba{te tokom celog lanca pro-izvodwe i eksploatacije. Time se me|utim unosi doza neizvesnosti u poslovawe sabiomasom, odnosno zahteva se od u~esnika u ovim aktivnostima budno pra}ewe novihsaznawa i analiza. Veoma je prepoznatqiv op{ti pravac ka upotrebi biomase sa svelo{ijim kvalitetima za daqu preradu, kao i nastojawe da se smawi nepovoqan uticajna lance proizvodwe hrane.

Literatura

[1] ***, FNR – Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. Bundesministerium für Ernährung,Landwirtschaft und Verbraucherschutz), „Bio-Kraftstoffe-Info“, Gülzow, Deutsch land, 2010

[2] ***, WBGU – Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Deutsch land, GlobaleUmweltveränderung, „Welt im Wandel – Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltigeLandnutzung“, Berlin, 2009

[3] Hofbauer, H., „Vergasung – ein Baustein zur Realisierung von Polygeneration“, RENET, 2005[4] Karin, A., et al., Strategische Bewertung der Perspektiven synthetischer Kraftstoffe auf Ba sis

fes ter Biomasse in NRW, Endbericht, Forschungszentrum Jülich und Wuppertal Institut fürKlima Umwelt Energie, Wuppertal, Jülich, Deutsch land, Mai 2006

[5] Hein rich, E., et al., Gas Gen er a tion from Dry Bio mass for En ergy and Chem i cal Uses,Forschungszentrum, Karlsruhe, Ger many, 2007

[6] Rauch, R., Fischer-Tropsch Synthese-Die sel- und Benzinerzeugung am BHKW Güssing,Sym po sium Polygeneration, Güssing, Deutsch land, 2005

[7] ***, FNR – Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (Bundesministerium für Ernährung,Landwirtschaft und Verbraucherschutz), Biokraftstoffe Basisdaten Deutsch land, Gülzow,Deutsch land, 2009

[8] Zwart, R. W. R., et al., Pro duc tion of Syn thetic Nat u ral Gas (SNG) from Bio mass, Re portECN-E-06-018, En ergy Re search Cen tre of the Neth er lands, Petten, The Neth er lands, No -vem ber, 2006

[9] ***, C.A.R.M.E.N. Vergleich zur Preisentwicklung von Heizöl und Erdgas, Straubing, Deutsch land, 2010

[10] ***, DEPV – Deut sche Energieholz- und Pel let-Verband e.V., Entwicklung Pelletproduktion, Berlin, 2009


323

Ab stract

Sta tus and Trends in Bio mass Use asFuel in EU Coun tries

by

Dragan STEVANOVI]*

En gi neer ing & Con sult ing, Sulzbach-Rosenberg, Ger many

Bio mass is the most prom is ing form of all re new able en ergy sources (RES). Be -sides its traditional us age as a heat source, it is more and more used for power gen er a tion.Con trary to the pho to vol taic and wind gen er a tors, the power from the bio mass may bepro duced when it is needed. That be comes very im por tant char ac ter is tic, as the ra tio ofthe re new able power gen er a tion in creases. More over, the bio mass is the only form ofRES which may be used for the pro duc tion of liq uid and gas eous fu els of non-fos sil or i -gin. That makes it un avoid able in any sce nario of the fu ture en ergy sup ply. Bio mass is notjust CO2 neu tral – it can even cap ture the at mo spheric CO2 and bound it, re duc ing its con -cen tra tion in the at mo sphere.

Those ex traor di nary ad van tages of bio mass as a RES with unique char ac ter is tics are very well re cog nised in the EU. The en ergy pol icy in all EU coun tries sup ports the us -age of bio mass as a fuel in dif fer ent ways: from feed-in tar iffs, through co-gen er a tion bo -nus and tax re duc tions, up to tre men dous sup port for the R&D pro jects deal ing withfu ture tech nol o gies for sup ply ing non-fos sil liq uid and gas eous fu els. At the same timethe en ergy pol icy tries to cor rect as fast as pos si ble some fault de vel op ments in the bio -mass us age and tech nol o gies. That is mostly the case with non-sus tain able bio mass ex -ploi ta tion, too high ra tio of the fos sil fu els in the prod uct (due to trans por ta tion, secon-dary trans for ma tion, etc.), en dan ger ing the bio-di ver sity of spe cies, or con flicts with thefood pro duc tion chain.

The pa per pres ents the sta tus of the now a days bio mass us age (heat, power,biogas, biofuels of the 1. gen er a tion) in sev eral EU coun tries, as well as the main tech nol -ogy de vel op ment trends for the fu ture us age (biofuels of the 2. gen er a tion, syn thetic nat -u ral gas, hy dro gen). Con cern ing the sources of bio mass for en ergy us age, there is a cleartrend to wards the bio mass wastes and res i dues, es pe cially ag ri cul tural res i dues. That ismo ti vated not just by the en ergy pol icy (e. g. away from the food chains), but also by thelaws of the free mar ket (e. g. higher price of the high qual ity wood chips). There fore, there are steady ef forts to de velop new or ad vanced tech nol o gies able to deal with lower qual itybio mass.

Key words: bio mass, en ergy pol icy, CHP, syn thetic nat u ral gas, biofuels, sec ond gen er a tion of biofuels, non-sus tain able bio mass, com pe ti tion to food, wood chipps, wood pel lets, ag ri cul tural res i dues

* Auhor's e-mail: [email protected]

Pa per sub mit ted: April 11, 2011Pa per re vised: May 24, 2012Pa per ac cepted: June 3, 2012


324

Documents

Sta tus i pravci kori {} ewa biomas e kao goriva u zemqama ...termotehnika.vinca.rs/content/files/status-i-pravci-koriscenja... · - u niskotemperaturskom delu se obavqa piroliza