Biomasa Bioplyn

Obecné pojmy Biomasa * je hmota biologického původu (rostlinného i živočišného). * má zdroj ve slunečním záření a fotosyntéze a patří mezi obnovitelné zdroje energie. * roční světová produkce primární biomasy se odhaduje na 155 miliard tun * možnosti využití biomasy - palivo (teplo) - pohonné hmoty (doprava) - výroba elektrické energie * při dalším využívání biomasy je třeba brát i další faktory - zpracování a úprava pro využití - doprava - skladování - …

Uzavřený cyklus uhlíku Fotosyntéza: oxid uhličitý + voda + světelná energie Uzavřený cyklus uhlíku při energetickém využití biomasy  omezení skleníkového plynu CO2.

Podíl OZE na bilanci primárních energetických zdrojů v ČR k 31.12.2010

Možnosti využití biomasy Slovensko, rok 2003

Biomasa rostlinného původu 1. Dřevní odpady – odpady z dřevozpracujícího průmyslu, z lesní těžby, papírnictví 2. Rychle rostoucí dřeviny – cíleně pěstované dřeviny za účelem energetického zpracování, období sklizně je 3-7 let. Nižší požadavky na kvalitu půdy, dostatek vláhy, snadný přístup pro mechanizaci. Obsah vody je okolo 20%, výhřevnost 15 MJ/kg, Příklady – topol, vrba, olše, lípa

Biomasa rostlinného původu 3. Obilní a řepková sláma – spalování, výroba bioplynu 4. Olejnaté rostliny – řepka olejná, slunečnice, … Výroba rostlinných olejů, bionafta

Biomasa rostlinného původu Rostlinné produkty z odpadů a zbytků * Sláma - možnosti využití - nejčastěji spalování Nerovnoměrné získávání, druhotné náklady (vysoušení), doprava. * Zelené rostliny (odpady z pěstování zeleniny, brambor, cukrové řepy, …). Obsahují vysoké procento vody (až 85%), optimální výroba bioplynu. * Dřevnaté odpadové látky (lesní hospodářství, ovocné sady, …). Průměrný obsah vlhkosti je asi 50%, problémy se sušením a transportem.

Biomasa živočišného původu 1. Exkrementy hospodářských zvířat – kejda, hnůj. Složení je dáno druhem zvířat a způsobem ustájení. Pro výrobu bioplynu (metan) rozhoduje obsah sušiny

Palivo z komunálního odpadu * z celkové množství lze využít pouze malou část domovních a průmyslových (které mají stejný charakter jako domovní odpady) odpadů * v ČR vzniká zhruba 300 kg TKO/obyvatele a rok, z toho domácnost asi 260 TKO kg/obyvatele a rok * možnosti využití - výroba bioplynu - u novějších skládek komunálního odpadu systém drenáží pro odvod skládkového bioplynu s následným využitím v kogenerační stanici, výroba tepla a elektrické energie Ukázka realizace: zde - spalování - spalovny (výroba tepla a elektrické energie), zpravidla nerozlišují komunální a organický odpad. Spalovna Liberec: zde

Potenciál pro využití biomasy pro energetické využití (různé odhady)

Energetické využití biomasy Skupina Technologie Produkty Výstupy Spalování Teplo, elektřina Chemické přeměny (suché procesy) Zplynování Olej, plyn, dehet, metan, čpavek, metanol Elektřina, teplo, pohon vozidel Pyrolýza Chemické přeměny ve vodním prostředí Zkapalňování Olej Esterifikace Metylester řepkového oleje (MEŘO)-bionafta Pohon vozidel Biologické procesy Anaerobní procesy Bioplyn, metan Alkoholové kvašení Etanol Kompostování Teplo (z chlazení kompostu)

Spalování biomasy Přímé spalování dřeva a slámy je účelné a ekonomické. V budoucnu je reálný 7% podíl při vytápění místností Požadavky pro spalování: * minimální obsah vlhkosti * použití speciálních kotlů (spalování drobných polétavých částic i plynných těkavých složek) * relativně dlouhá doba hoření plynných složek (až několik vteřin) * vyšší potřeba spalovacího vzduch * filtry pro tuhý popílek Optimální je dvoustupňové spalování 1. fáze zplyňování 2. fáze spalování plynů * další znečišťující látky – oxid uhelnatý, oxidy dusíku, oxidy síry, těžké kovy) * úprava paliva - sláma nařezaná, brikety, pelety - dřevo piliny, výlisky * spalovací zařízení pro domácnosti musí mít snadnou obsluhu, plně nebo částečně automatický režim, vysokou účinnost, možnosti regulace, únosná cena

Spalování biomasy

Spoluspalování biomasy Spoluspalování s jiným typem fosilního paliva: * částečná náhrada fosilního paliva ekologičtějším palivem * zachování výhodných parametrů fosilního paliva * menší objemy biomasy (sušení, doprava, nepravidelná dodávka) * podíl biomasy je (5–20)% Česká republika: * elektrárna Tisová 1 – fluidní kotle, dřevní štěpka do 20% * elektrárna Poříčí – fluidní kotel, v 2011 101 tisíc tun dřevní štěpky * elektrárna Hodonín – fluidní kotel, čistá biomasa, výkon 30MW, denní spotřeba biomasy – 1200 tun.

Biochemická přeměna biomasy Anaerobní procesy – transformace organických látek bez přístupu kyslíku při mírně zvýšené teplotě na bioplyn a digestát (zbytek) Organické látky: biologicky rozložitelné složky komunálního odpadu, zvířecí exkrementy, organické kaly v čistírnách odpadních vod Bioplyn: metan (50 - 80)% oxid uhličitý (20 – 40)% ostatní plyny (1 – 3)% Výhřevnost bioplynu: (20 – 24) MJ/m3 Digestát: hnojivo Využití bioplynu: spalování - teplo - elektrická energie doprava

Výtěžnost bioplynu

Výroba bioplynu - fermentace Princip: výroba spočívá z biologického odbourávání organických látek v tekutém stavu bez přístupu kyslíku (anaerobní proces), ve tmě a za určité teplotě. Rozklad probíhá zhruba 1 měsíc Fermentace: a) mokrá metoda organické odpady se dopraví do máchací nádrže, přidává se voda (kontinuální proces) směs je vedena do bioreaktoru (fermentační nádrž) zbytek po fermentaci se uskladňuje ve sběrných nádržích k dalšímu zpracování (hnojivo) b) suchá metoda hmota s vyšším obsahem sušiny (kravský hnůj) se umístí do velkých košů a zamezí přístupu vzduchu, vznikající bioplyn je odsáván (vsázkový proces) Možnosti získávání bioplynu: 1. Skládkový bioplyn 2. Kalový bioplyn (ČOV) 3. Fermentační nádrže v rámci zemědělské činnosti

Fermentory . mokrá metoda

Fermentory Horizontální: objem nádrže - (50 – 100) m3 nádrž může být mobilní plyn se hromadí v horní části, odtud do plynojemu Vertikální: objem nádrže - (250-5000) m3

Suchá metoda (video)

Suchá metoda

Využití bioplynu 1. Výroba tepla a elektrické energie (KJ) 2. Doprava nutná speciální síť čerpacích stanic a úprava motorů, optimální využití v blízkosti zdroje bioplynu  vhodné pro autobusy, zemědělské stroje 3. Do plynárenské sítě a k výrobcům tepla požadavek čištění před transportem

Využití bioplynu

Biopaliva Výhody: Nevýhody: * obnovitelnost a biologická odbouratelnost (za 28 dní je odbouráno 98%, u klasické nafty 40%) * nízký obsah emisí a vysoká mazací schopnost * neobsahuje síru, nulový efekt CO2 (uzavřený cyklus) * možnost výroby z vlastních zdrojů Nevýhody: * ekonomická náročnost výroby, zkrácená doba skladování * energetická náročnost * devastace zemědělské půdy * problematika geneticky modifikovaných rostlin * v kontaktu s vodou vznikají kyseliny, která způsobují korozi * uvolňování organických usazenin  zanášení palivového filtru

Biopaliva Vývoj a označení biopaliva Biopaliva I. generace - bioetanol ( z obilí, cukrové řepy, kukuřice), MEŘO (řepka olejná). V současnosti u nás nejvíce používané Biopaliva II. generace - energeticky náročnější, poměr využití je 5:1 (z 5 tun biomasy 1 tuna paliva). Hlavní surovinou je nepotravinářská biomasa (dřevní a rostlinné zbytky, sláma, seno, energetické rostliny, biologický odpad. Produktem je bioetanol, organická forma motorové nafty, methanol Biopaliva III. generace - geneticky modifikované plodiny – vyšší výtěžnost, nekonkuruje pěstování potravin, vodní řasy, sinice. Zatím ve stádium vývoje a experimentů. V současné době je v ČR povinný 6% podíl biosložky v klasické naftě a 4,1% bioethanolu v benzínu

Materiály ČEA Moderní využití biomasy Mastný a spol. Obnovitelné zdroje energie Ochodek Technologie pro přípravu a energetické využití biomasy www.fortex.cz