Biomasa

Martina Dolenec

5120/BTModul: Odabrana poglavlja zelene kemijeAk. god. 2007./2008.Koordinator modula: dr. sc. M. Jukić, doc.

Zašto biomasa u zelenoj kemiji:

- obnovljivi je izvor energije

- izgaranje biomase koristi se za dobivanje vodene pare za grijanje

u kućanstvu i za potrebe industrijskih procesa

- biomasa se koristi i u termoelektranama kao zamjena za dio

fosilnog goriva

- u elektranama na biomasu električna je učinkovitost povećana za

čak 35 %

- dodatne prednosti biomase su zbrinjavanje i iskorištavanje otpada

i ostataka poljoprivrede, kućanstava i drvne industrije

- smanjuje se emisija štetnih plinova

Obnovljivi izvori energije su:

• sunčeva energija

• energija vjetra

• energija vodenih tokova

• energija vodika

• energija iz biomase

Od ukupne potrošnje obnovljivih izvora energije, 83.6 % bit će

dobiveno iz biomase.

BIOMASA je definirana kao biorazgradivi dijelovi proizvoda,

otpada ili ostataka iz poljoprivrede, šumski otpad i otpad srodnih

industrija kao i biorazgradivi dijelovi industrijskog i gradskog otpada

- biomasu čine proizvodi biljnog i životinjskog svijeta ( u to se

ubrajaju neiskorišteni dijelovi šumarsko – drvne industrije,

poljoprivredne proizvodnje, prehrambene industrije, komunalnog

otpada organskog porijekla ), ostaci pri rezidbi voćki, vinove loze i

maslina, slama, kukurozovina, stabiljike suncokreta

Biomasa dolazi u: čvrstom, tekućem(biodizel,bioetanol, biometanol) i plinovitom stanju(npr. bioplin, plin iz rasplinjavanja biomase, deponijski

plin)

Vrste biomase:

1. Šumska biomasa- ostaci i otpad iz drvne industrije (nastali

redovitim gospodarenjem šumama),

ogrjevno drvo

2. Biomasa iz drvne industrije- ostaci i otpad pri piljenju, brušenju,

blanjanju drva

- upotrebljava se za proizvodnju goriva u

vlastitim kotlovnicama, kao sirovina za

proizvode, itd

- jeftinije i kvalitetnije je gorivo od šumske

biomase

3. Poljoprivredna biomasa- ostaci godišnjih kultura

(slama,kukuruzovina,stabljike, ljuske,

koštice)

- svojstva: heterogenost, niska ogrjevna

moć

4. Energetski nasadi- biljke bogate uljem ili šećerom, s

velikom količinom suhe tvari

- tu se ubrajaju vrbe, topole, eukaliptus,

nasadi brzorastućih trava, jablan ...

- svojstva: veliki prinosi

5. Biomasa sa farmi životinja

- izmet životinja (anaerobna fermentacija), spaljivanje lešina

(npr. peradarske farme)

- bioplin: sastoji se od 60 % metana, 35 % CO2, 5 % smjese vodika,

dušika, amonijaka, sumporovodika, CO, O2 i vodene pare)

6. Etanol i biodizel

- etanol nastaje hidrolizom molekula škroba enzimima u šećer koji

fermentira u alkohol

- biodizel nastaje esterifikacijom biljnih ulja s alkoholom

- svojstva slična motornim gorivima (miješanje ili uporaba u čistom

obliku)

7. Gradski otpad

- “zeleni dio” recikliranog kućnog otpada, biomasa iz parkova i

vrtova, mulj iz kolektora otpadnih voda

- veliki investicijski troškovi, ali uz zbrinjavanje otpada – ekološki

prihvatljivo!

Tehnologije prerade biomase:

1. Zgušnjavanje ( briketiranje i peletiranje ) :

- dolazi do smanjivanja volumena biomase zbog transporta

- faze: usitnjavanje materijala, sušenje, prešanje

( peletiranje i briketiranje ) i hlađenje

2. Biokemijske pretvorbe:

2.1. Anaerobno truljenje2.1. Anaerobno truljenje

- za vlažne sirovine (izmet) – dobivanje bioplina

- svojstva bioplina i trajanje vrenja ovise o temp., tlaku i

svojstvima materijala u digestoru

2.2. Fermentacija2.2. Fermentacija

- proizvodnja bioetanola – zamjena za

benzin (do 20 % udjela u mješavini

bez preinaka motora)

- sirovine: šećer (šećerna trska),

škrob (kukuruz), celuloza (drvo,

poljoprivredni ostaci)

2.3. 2.3. EsterifikacijaEsterifikacija

- proizvodnja biodizela – sličan

mineralnom dizelu (moguća uporaba

u svakom dizel motoru)

- sirovine: biljna ulja, životinjske masti,

otpadna jestiva ulja, najčešće uljana

repica

- svojstva: visoka viskoznost (postiže

se esterifikacijom metanolom), bolja

mazivost - odstranjivanje sumpora i

aromata (za razliku od mineralnog

dizela)

3. Termokemijske pretvorbe:

3.1. Sagorijevanje3.1. Sagorijevanje

1. Zagrijavanje i sušenje

2. Destilacija (isparavanje) hlapljivih sastojaka – piroliza

3. Izgaranje hlapljivih sastojaka

4. Izgaranje čvrstog ugljika

3.2. Rasplinjavanje3.2. Rasplinjavanje

- je termokemijska pretvorba na visokoj temperaturi

(i do 1400 °C) uz ograničen dotok kisika

- povećava se efikasnost proizvodnje električne energij

- sastav plina: CO, CH4, H2, ovisno o dizajnu uređaja za

rasplinjavanje ( protustrujno-odozgo, istostrujno-odozdo

u sloju), temperaturi, vlažnosti i sastavu biomase,

sredstvu rasplinjavanja (zrak/kisik)

- problem : nečistoće u plinu (osjetljive plinske turbine),

skupo pročišćavanje

3.3. 3.3. PirolizaPiroliza

- je termokemijski proces s ograničenim dotokom kisika

(dio procesa sagorijevanja), pri čemu dolazi do

isparavanja hlapljivih sastojaka i proizvodnje tekućeg goriva

(bioulja) što je pogodnije za transport i skladištenje

- ima znatan potencijal (npr. piroliza otpada) ali su potrebna

daljnja ulaganja u istraživanja i razvoj

Uporaba biomase

Elektrane na biomasu:

Na niskom naponu (0,4 kV)

– male kogeneracijske

Na srednjem naponu

(10, 20 i 35 kV) – elektrane

na biomasu i deponijski plin

Na visokom naponu

(110, 220 i 400 kV) –

industrijske i velike

kogeneracijske elektrane

Kogeneracija

- kogeneracija je istodobna proizvodnja električne i toplinske

energije u jedinstvenom procesu, tj. to je proces kombinirane

proizvodnje dva korisna oblika energije iz jednog energetskog

izvora

- u većini kogeneracijskih sustava kemijska energija se pretvara u

mehaničku i toplinsku

- mehanička energija koristi se za proizvodnju električne struje,

dok se toplinska energija koristi za proizvodnju pare,

zagrijavanje vode ili zraka

- osnovna prednost kogeneracije je veća iskoristivost energenta u

odnosu na standardne elektrane koje služe samo za proizvodnju

struje, te industrijske sustave koji služe samo za proizvodnju pare

ili vruće vode za tehničke procese

- glavni razlozi gradnje kogeneracijskih postrojenja je mogućnost

proizvodnje jeftinije struje u odnosu na cijenu struje u električnoj

mreži

Biogoriva

-biogoriva danas predstavljaju najvredniji oblik obnovljivih izvora

energije dobivenih iz biomase

-postoji dvije vrste biogoriva:

• alkoholna (kao zamjena ili dodatak benzinu u

bezinskim motorima)

• biljna ulja (kao zamjena ili dodatak mineralnom gorivu

u dizelskim motorima)

- razlozi pokretanja proizvodnje biogoriva:

1. Poljoprivreda

2. Energetske krize

3. Ekologija

Bioetanol je etanol proizveden iz biomase i/ili biorazgradive

frakcije otpada, a koristi se kao biogorivo.

Etanol se može proizvoditi od tri osnovne vrste biomase:

• šećera (od šećerne trske, melase)

• škroba (od kukuruza)

• celuloze (od drva, poljoprivrednih ostataka)

- sirovine bogate šećerima vrlo su pogodne za proizvodnju etanola,

budući da već sadržavaju jednostavne šećere glukozu i fruktozu

koji mogu fermentirati izravno u etanol

- sirovine bogate škrobom sadržavaju velike molekule

ugljikovodika koje treba razložiti na jednostavne šećere

procesom saharifikacije što povećava troškove

- ugljikovodici u sirovinama bogatim celulozom sastavljeni su

od još većih molekula i trebaju se konvertirati u šećere koji

mogu fermentirati kiselom ili enzimskom hidrolizom

- najznačajnije biljne vrste koje se uzgajaju za proizvodnju

etanola su šećerna trska, slatki sirak i kukuruz

Osnovne faze u procesu proizvodnje etanola su:

1. Priprema sirovine

2. Fermentacija

3. Destilacija etanola

- priprema sirovinepriprema sirovine je hidroliza molekula škroba enzimima u šećer

koji može fermentirati

- uobičajena tehnologija za proizvodnju etanola je fermentacijafermentacija u

peći s običnim kvascem za proizvodnju 8 do 10%-tnog alkohola

nakon 24 do 72 h fermentacije

- nakon toga slijedi destilacijadestilacija tog alkohola u nekoliko faza čime se

dobiva 95 %-tni etanol

- za proizvodnju posve čistog etanola, kakav se koristi za

miješanje s benzinom, dodaje se benzen i nastavlja se

destilacija te se dobiva 98 % - tni etanol

- vodeća zemlja u proizvodnji i primjeni etanola za vozila je

Brazil, u kojem se svake godine proizvede više od 15

milijardi l

- oko 15 % brazilskih vozila se kreće na čisti etanol,

dok preostala koriste 20 % - tnu smjesu s benzinom

Biodizel je neotrovno i biorazgradivo gorivo, a dobiva se

od otpadnog jestivog ulja, uljane repice, soje, suncokreta ili

masnoća životinjskog podrijetla

- po kvaliteti ne zaostaje za lakim uljem dobivenim pri

preradi sirove nafte, pa služi kao pogonsko gorivo za rad

dizelskih motora

Bioplin

- je smjesa plinova nastalih djelovanjem bakterija pri anaerobnoj

razgradnji organskih tvari

- fermentatori su bakterije rodova: Clostridium, Methanobacterium i

Methanosarcina

Zašto pogoni na bioplin:

• zbog dobivanja visoko vrijedne energije

• smanjuje se oslobađanje CO2 i CH4

• smanjuje se intenzitet neugodnih mirisa i

nadražujućeg djelovanja

• korištenje ostataka fermentirane biomase kao

organsko gnojivo u biljnoj proizvodnji

Sastav bioplina

• CH4

- metan je prvi i najvažniji sastojak bioplina, a sama kvaliteta

bioplina mjeri se po udjelu metana

- metan je goriv i eksplozivan

• CO2

- ugljik-dioksid je najizraženiji negorivi sastojak bioplina ali radi

dobrog sagorijevanja nije poželjno njegovo smanjenje ispod 15%

• H2S

- sumporovodik je nepoželjan jer izgaranjem nastaje vrlo korozivna

H2SO3 ili H2SO4 koja uništava opremu za proizvodnju

- potrebno ukloniti H2S kod većih količina od 1 %

• H2O

- voda ili vodena para - spada u negorive sastojke bioplina

- odvajanje vlage obavlja se radi postizanja bolje gorive

vrijednosti (sagorijevanja) i kvalitetnijeg svojstva bioplina

• O2- kisik

- udio kisika u bioplinu je nepoželjan

- količina kisika u bioplinu trebala bi biti ispod 0.5 %

jer i najmanja prisutnost kisika smeta radu anaerobnih

bakterija

Primjer bioplinskog postrojenja – OTPAD "BESPLATNO GORIVO“

- jedan od najvećih problema s kojima se suočava današnje društvo

je zbrinjavanje otpada

- bioplinska postrojenja su rješenje za zbrinjavanje otpada organskog

porijekla koji nastaje u stočarstvu i peradarstvu, naročito kod velikih

uzgajivača

- bioplinska postrojenja "razgrađuju" takav otpad brzo, učinkovito i

profitabilno

- završni produkt biorazgradnje je bioplin – metan, koji

se koristi kao gorivo za proizvodnju električne energije i

kao energent za daljnju uporabu uz dodatne višestruke

koristi

Stanje uporabe biomase u Hrvatskoj

- HR ima veliki šumski potencijal, gotovo 45 % teritorija prekriveno

je šumom

- ima razvijenu drvnu industriju te značajan udjel poljoprivrede u

ukupnom gospodarstvu

- stoga,Hrvatska ima izvrsne osnove za proizvodnju energije iz

biomase!!!

- trenutno se koristi samo oko 4.5 % energije iz biomase i to većinom

na nedjelotvoran način – za grijanje kućanstva

Korištena literatura:

www.nosf.netwww.hrote.hr

www.bio-plin.comwww.nasek.hrwww.energetika-net.hr

www.etfos.hr