Energie z biomasy

Biomasa vzniká díky dopadající sluneční energii. Jde o hmotu organického původu. Pro energetické účely se využívá odpadů ze zemědělské, potravinářské a lesní produkce nebo cíleně pěstovaných rostlin.

Biomasu rozlišujeme podle obsahu vody na suchou (dřevo, dřevní odpady, sláma a další odpady), mokrou (tekuté odpady – kejda atd.), speciální (olejniny, škrobové a cukernaté plodiny).

Suchou biomasu lze spalovat přímo, případně po mírném vysušení. Působením vysokých teplot je možno ze suché biomasy uvolnit hořlavé plynné složky – dřevoplyn, který se spaluje obdobně jako jiná plynná paliva. Mokrá biomasa se využívá zejména v bioplynových technologiích. Speciální biomasa slouží k získání energetických látek – zejména bionafty nebo lihu.

V zásadě existují dva typy základních procesů:

• suché procesy (spalování, zplynování)
• mokré procesy (fermentace – produkce etanolu, anaerobní vyhnívání – produkce bioplynu)

V našich podmínkách lze využívat biomasu

• odpadní (rostlinné a lesní odpady, organické odpady z průmyslových výrob, odpady ze živočišné výroby a komunální organické odpady),
• záměrně produkovanou k energetickým účelům, energetické plodiny.

Nejčastěji přicházejí v úvahu přímé spalovací procesy vlastní primární biomasy (např. spalování dřeva), nebo spalování produktů mokrých nebo suchých procesů (bioplyn, dřevoplyn).

Při spalovacích procesech je důležitým vlivem vlhkost a výhřevnost biomasy. Pro informaci jsou uvedeny následující příklady:

Výhřevnost dřeva je srovnatelná s hnědým uhlím. Na druhé straně však objemová měrná hmotnost pevné biomasy je 3 až 10 krát vyšší než je tomu např. u klasických fosilních pevných paliv (vztaženo na výhřevnost). Pak velikost skladovacího prostoru může být limitujícím faktorem.

Biomasu lze použít jako vstupní palivo k výrobě tepla, pro výrobu bioplynu a dřevoplynu, pro výrobu kapalných paliv.

Z uvedeného plyne, že biomasu je vhodné využívat rovněž ke kombinované výrobě tepla a elektřiny (parní kotel + parní turbina, kogenerační jednotka spalující plynné nebo kapalné palivo).

V ČR se biomasa využívá též ke spoluspalování v klasických elektrárnách spalujících pevná paliva (uhlí).

V poslední době se začíná uvažovat o zakládání plantáží rychlerostoucích dřevin pro jejich energetické využití. Nejvhodnější jsou platany, topoly, akáty, olše a zejména vrby. Obmýtní doba je 2 až 8 vegetačních období, životnost plantáže až 20 let, roční výtěžnost cca 10 t/ha. Rychlerostoucí dřeviny mají výhřevnost 12 MJ/kg, vlhkost 25 – 30 %.

Úprava biomasy

Před vstupem do vlastního energetického zařízení musí být biomasa obvykle upravována.

Metody těchto úprav závisí v první řadě na požadovaném druhu a kvalitě hmoty vstupující do vlastního energetického zařízení.

V případě pevné formy biomasy se jedná obvykle o sušení (přirozené nebo umělé) a o rozměrové úpravy (stříhání, sekání, drcení, resp. lisování, briketování, peletování).

Někdy je pevná biomasa před vstupem do vlastního spalovacího zařízení zplyňována v generátorech (výroba dřevoplynu). Vyrobený dřevoplyn může být čištěn a ochlazován nebo být použit přímo.

V případě primární plynné formy (bioplyn) mohou být aplikovány různé metody čištění bioplynu a vyrobený bioplyn je obvykle před dalším použitím komprimován.

Základní údaje o použitelné biomase

Při záměru na energetické využití biomasy je třeba ověřit, jaký druh biomasy připadá v daném případě v úvahu k energetickému využití.

To znamená, že se musí zjistit nebo ověřit následující skutečnosti:

• formu biomasy
• skutečnou výhřevnost
• dostupné a zajištěné roční množství (po celou dobu životnosti zařízení)
• náklady na její získání (vč. nákladů na dopravu)

V průběhu přípravy projektu je nezbytné zjistit podrobnější a ověřené informace o parametrech a vlastnostech předpokládané využívané biomasy, jako jsou:

• výhřevnost
• objemová měrná hmotnost
• velikost kusů (např. dřeva)
• obsah vody
• obsah popela
• obsah prchavé hořlaviny
• chemické složení hořlaviny
• chemické složení popelovin
• vlastnosti popelovin
• cena biomasy v místě výskytu (bez dopravy)
• cena biomasy na vstupu do energetického zdroje
• reálné možnosti dodávky (v průběhu roku)
• způsob skladování, kapacita skládky

Ověření reálné dostupnosti potřebného množství biomasy (vč. její ceny na prahu zdroje) je jedním důležitých předpokladů úspěšnosti projektu, zaměřeného na využití biomasy.

Ekologie využívání biomasy k energetickým účelům.

Vzhledem k tomu, že CO₂ uvolněný při spalování organické hmoty je znovu absorbován při růstu rostlin, není problém s těmito emisemi. Jde o proces obnovitelný, rostlina uvolní při spálení jen tolik CO₂, kolik ho spotřebovala při vlastním růstu, takže spalování biomasy nepřispívá ke skleníkovému efektu.

Jediným příspěvkem ke znečištění ovzduší jsou NO_x. Oxidy dusíku vznikají při každém spalování, kde se používá atmosférický vzduch a jejich množství závisí na kvalitě spalování, zejména na teplotě. Při nedokonalém spalování (zvláště mokrého dřeva) vznikají škodlivé látky (např. dehet), které zatěžují životní prostředí.

Ocenění potenciálu výroby energie z biomasy

Obecně se vychází z konečné spotřeby energie stávajícího zásobovaného objektu (obsažena v bilanci stávajícího objektu) nebo z potřeby objektu nového (nutno vypočítat).

Obvykle se však zařízení na energetické využití biomasy instaluje tam, kde již spotřeba energie (tepla, případně elektřiny) existuje. Někdy je možno uvažovat s prodejem elektrické energie (celá výroba nebo přebytky) do elektrovodných sítí. Na základě energetické bilance lze posoudit, jakou část konečné spotřeby je možno krýt zařízením na energetické využití biomasy a jak jej dimenzovat co do objemu roční výroby energie a časového ročního využití.

Z toho vyplyne pak vhodná výkonová dimenze vlastního energetického zařízení. Je samozřejmé, že bude obvykle využito ročního diagramu spotřeby tepla. To umožní i případné dimenzování zařízení na krytí základní části diagramu s tím, že špičkové potřeby budou kryty jiným způsobem než využitím biomasy (pokud to bude technicky a ekonomicky účelné).

V současné době je vykazována roční hrubá výroba elektřiny z biomasy ve výši 1446 GWh/r, což činí cca 2% z brutto spotřeby elektřiny v ČR.