Biomasa

Drzewo było pierwszym paliwem wykorzystywanym przez człowieka. Przez wieki zapewniało ciepło niezbędne do ogrzewania i przygotowywania posiłków. Wraz z rewolucją przemysłową nadeszła era węgla, ropy i gazu. Jednak ograniczone zasoby tych surowców i względy ochrony środowiska spowodowały, że coraz łaskawszym okiem spoglądamy na alternatywne źródła energii – w tym na paliwa drzewne pochodzące z biomasy.

Do celów energetycznych można wykorzystać następujące rodzaje biomasy:

• odpady drzewne: trociny, wióry, zrębki, zrzyny, kora, pył drzewny
• rośliny z upraw energetycznych: trawy, byliny, rośliny drzewiaste
• produkty i odpady rolnicze: słoma, siano, ziarna zbóż,

Rosnąca świadomość ekologiczna i drożejące paliwa kopalne (węgiel, gaz, ropa) spowodowały, że biomasa stała się cennym surowcem, wykorzystywanym do produkcji paliw drzewnych takich jak brykiet czy pellet. Jest to znakomity sposób zagospodarowania materiału, które jeszcze niedawno traktowany był jako bezwartościowy odpad. W dobie walki z globalnym ociepleniem często podkreśla się, że spalanie biomasy nie powoduje zwiększenia stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Przy spalaniu emisja wszelkich gazów, w tym CO2, jest równa ilości, jaką roślina pobrała w procesie wzrostu. Nie jest to do końca prawdą – maszyny przetwarzające surowiec w paliwo drzewne (brykieciarki, peleciarki) oraz obsługującej plantacje energetyczne (ciągniki rolnicze) wymagają nakładu energii niekoniecznie pochodzącej z czystych źródeł.

Istotną zaletą biomasy jest niska zawartość popiołów wynosząca zazwyczaj kilka procent. Dla porównania zawartość popiołów w węglu wynosi ok 15%. Dodatkowo popiół powstały po spaleniu biomasy może być użyty jako nawóz naturalny. Ze względu na zasadowy odczyn stosowany jest nie tylko jako źródło składników mineralnych, lecz również służy do regulowania kwasowości gleby.

Najprostszym sposobem wykorzystania biomasy jest jej spalanie w celu uzyskania ciepła. W tym celu można użyć formy nieprzetworzonej (drewno, zrębki, wióry) lub specjalnie przygotowanych paliw drzewnych. Surowa biomasa ze względu na znaczną wilgotność i małą gęstość jest paliwem dosyć kłopotliwym. Aby zapewnić optymalny przebieg spalania i większą sprawność niż przy spalaniu tradycyjnym wykorzystuje się kotły zgazowujące. Zachodzi w nich zjawisko pirolizy – proces rozkładu termicznego drewna prowadzony w wysokiej temperaturze przy małej ilości tlenu. Produktem pirolizy jest gaz drzewny, który spala się w dyszy w temperaturze ok 1000 stopni.

Kocioł zgazowujący drewno. W górnej komorze drewno jest osuszane i odgazowywane -wydziela się gaz drzewny. Spala się on w specjalnej dyszy, po czym następuje dopalenie cząstek zawartych w spalinach i oddanie ciepła wodzie znajdującej się w wymienniku kotła.

Alternatywnym sposobem jest przetworzenie biomasy do postaci pelet lub brykietu. Jest to korzystne z następujących względów:

1. Pozwala wielokrotnie zmniejszyć objętość paliwa.
2. Nadaje znormalizowany kształt i rozmiar. Umożliwia to stosowanie urządzeń automatycznie ładujących paliwo do paleniska i sterujących procesem spalania. Dzięki temu nowoczesne piece na biomasę są w znacznym stopniu bezobsługowe.

Pelet

Granulatu o średnicy 6-10mm i długości 10-30mm. Powstaje przez przepychanie pod ciśnieniem osuszonych trocin i odpadów drzewnych przez specjalną matryce. Dużą popularność zdobył w krajach skandynawskich. Może być sprzedawany w workach lub przewożony w specjalnych cysternach i wypompowywany bezpośrednio u odbiorcy. Ma niską zawartość popiołu (ok 1%), który może być użyty jako ekologiczny nawóz.

W celu uformowania kształtu pelet nie potrzeba dodawać klejów – substancją wiążącą jest lignina zawarta w drzewie.

Pelet spala się w zautomatyzowanych piecach CO z palnikiem retortowym. Granulat jest w nich pobierany jest przez podajnik ślimakowy do palnika. Układ mikroprocesorowy steruje pracą wentylatora, który dawkuję odpowiednią ilość powietrza, aby uzyskać zadaną temperaturę. Proces spalania może być przerywany i wznawiany w zależności od potrzeb dzięki automatycznym zapalarkom. Obsługa takiego pieca ogranicza się więc w zasadzie do opróżniania popielnika i ładowania paliwa do zbiornika.

Pelet spalający się w palniku retortowym. Źródło: http://en.wikipedia.org/wiki/Wood_pellets

Brykiet

Powstaje z tego samego surowca co pelet, sprasowanego jednak pod większym ciśnieniem. Dzięki temu posiadają dużą gęstość energetyczną – ok. 50% większą niż zwykłe drzewo. W celu łatwiejszego formowania dodaje się często substancję klejące (lepiszcze). Brykiet najczęściej formuje się w kształt walca o średnicy ok 5 cm i długości kilku lub kilkunastu cm, rzadziej jest to kostka.

Brykiet drzewny zazwyczaj sprzedaje się w workach 25-30kg. Istotne jest zachowywanie odpowiednich warunków transportu i przechowywania – na skutek wilgoci brykiet może się rozpadać. Źródło: www.drewexpol.com.pl

Agroenergetyka

Najpopularniejszym surowcem do produkcji paliw drzewnych są odpady tartakowe, których dostępnośc jest jednak ograniczona. Alternatywą jest agroenergetyka – czyli uprawa roślin w celu uzyskania biomasy. Wykorzystuje się w tym celu głównie specjalne odmiany wierzby lub topoli. Charakteryzują się one szybkim wzrostem, niskimi nakładami na uprawę, łatwą technologią zbioru. Okres użytkowania plantacji wynosi zazwyczaj 25-20 lat. Plonem są pędy drzewne, które z kolei mogą być przerobione na zrębki, pelet lub brykiet. Zbiór może być przeprowadzane corocznie, lub w cyklach 2,3 lub 4 letnich w sezonie jesienno – zimowym. Wielkość plonu zależy od wielu czynników (gleba, klimat), ale średnio można go oszacować na 10 ton suchej masy z hektara rocznie – pod względem wartości opałowej odpowiada to ok. 5 ton węgla kamiennego. Tak więc, aby zaspokoić zapotrzebowanie opałowe typowego domu wystarczy już 1 ha uprawy. Produkcja taka może się stać dla wielu gospodarstw rolnych atrakcyjnym źródłem dodatkowego dochodu Rolnictwo energetyczne jest wspierane przez Unię Europejską poprzez dopłaty do zakładania i prowadzenia plantacji.

W naszym kraju biomasa drzewna może stać się interesującą alternatywną dla klientów indywidualnych wykorzystujących do ogrzewania węgiel kamienny. Wyliczenia pokazują, że paliwa te już teraz mogą konkurować cenowo.

Porównanie wartości opałowej oraz ceny dla różnych paliw (2008 rok)

paliwo	Wartość opałowa [MJ/kg]	Średnia cena paliwa
Węgiel kamienny – miał	19-26	380 zł/tonę
Drewno opałowe	12,50	260 zł/m3
Węgiel (ekogroszek)	24-28	600 zł/tonę
Brykiety trocinowe	15-17	480 zł/tonę
Pelet	18-19	600 zł/tonę
Gaz ziemny	36,20	1,45 zł/m3
Olej opałowy	36,12	2,45 zł/dm3

Orientacyjne roczne koszty ogrzewania domu o powierzchni 150 m². Do analizy przyjęto roczne zapotrzebowanie na energie cieplną na poziomie 100 kWh/m².