Energia biomasy – jak działa i jakie są jej źródła?

W ostatnich latach w Polsce w sektorze odnawialnych źródeł energii najdynamiczniej rozwijały się instalacje fotowoltaiczne i pompy ciepła. Dzieje się tak głównie z powodu znaczącego obniżenia wydatków na zakup urządzeń oraz, co równie ważne, wyższych kosztów alternatywnych: energii elektrycznej czy ogrzewania. Tymczasem zgodnie z raportem Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej (IRENA) do 2030 roku to biomasa będzie źródłem 60% światowej energii odnawialnej. W tym artykule odpowiemy na pytanie, co to jest biomasa. Wyjaśnimy, jakie są rodzaje energii oraz przeanalizujemy wady oraz zalety biomasy.

Biomasa – energia odnawialna na wyciągnięcie ręki!

Globalne zapotrzebowanie na energię wzrasta z każdym rokiem. Zasoby paliw kopalnych takich jak węgiel czy gaz ziemny stale się kurczą. To wszystko sprawia, że współczesny człowiek poszukuje alternatywnych zasobów, które są w stanie zaspokoić bieżący i przyszły popyt energetyczny. Do takich źródeł zaliczamy przede wszystkim:

  • energię wiatru,
  • energię słońca,
  • energię pływów morskich,
  • energię spadku wód,
  • energię geotermalną,
  • biomasę.

Biomasa uznawana jest za pierwsze na świecie paliwo. Zanim ludzkość zaczęła wydobywać i wykorzystywać surowce nieodnawialne, do produkcji ciepła stosowało się drewno. Dzisiaj w Unii Europejskiej blisko połowa wyprodukowanej zielonej energii pochodzi z biomasy produktów drzewnych. Ostatnie dane Agencji Rynku Energetyki pokazują, że moc zainstalowana w elektrowniach na biomasę w Polsce wzrosła rok do roku o ponad 6% i zbliża się do poziomu 1 000 MW. Po fotowoltaice i elektrowniach wiatrowych to najczęściej wykorzystywane OZE.

Biomasa – definicja

Co to jest biomasa? Nie ma jednej, zunifikowanej definicji tego pojęcia. Każdy z aktów prawnych stanowiący ramy dla funkcjonowania rynku energii biomasy, formułuje własną definicję. Na potrzeby niniejszego artykułu przytoczymy zapisy ujęte w ostatniej aktualizacji Ustawy o odnawialnych źródłach energii.

Biomasa to ulegającą biodegradacji część produktów, odpadów lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa, w tym substancje roślinne i zwierzęce, leśnictwa i związanych działów przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, przetworzoną biomasę, w szczególności w postaci brykietu, peletu, toryfikatu i biowęgla, a także ulegającą biodegradacji część odpadów przemysłowych lub komunalnych pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, w tym odpadów z instalacji do przetwarzania odpadów oraz odpadów z uzdatniania wody i oczyszczania ścieków, w szczególności osadów ściekowych, zgodnie z przepisami o odpadach w zakresie kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów.

Z powyższej definicji wyłania się kluczowa cecha biomasy – występuje ona w różnych stanach skupienia.

Rodzaje energii pochodzącej z biomasy

Energię Biomasy można klasyfikować na wiele sposobów. Biorąc pod uwagę jej pochodzenie, wyróżniamy biomasę leśną, rolną lub w postaci odpadów organicznych. W literaturze przedmiotu często spotkać można podział na surowce pierwotne, wtórne i przetworzone. Z punktu widzenia praktyki gospodarczej, kluczowe jest przyporządkowanie bazujące na stanie skupienia. Wyróżniamy:

  • biomasę jako formę stałą,
  • biopaliwo jako formę ciekłą,
  • biogaz jako formę gazową.

Biomasa - co to jest?

Najczęściej wykorzystywanymi produktami do produkcji energii biomasy są brykiet i pellet. Powstają one z trocin, wiórów, osadów ściekowych, kompostu czy słomy. Zbite lub przygotowane jako granulat, są stosowane do ogrzewania domów w specjalnie dostosowanych kotłach.

Z czego powstaje biopaliwo i gdzie się je wykorzystuje?

Biopaliwa ciekłe są zazwyczaj uzyskiwane w procesie fermentacji i destylacji z dowolnego surowca zawierającego znaczne ilości cukru (np. trzciny cukrowej lub buraków cukrowych) lub skrobi (np. kukurydzy, pszenicy lub manioku). W ten sposób powstaje między innymi etanol i biodiesel. Ważnym rodzajem biopaliwa jest także biobutanol. Wymienione źródła energii są powszechnie stosowane:

  • w silnikach pilarek łańcuchowych i kosiarek do trawy,
  • w silnikach wysokoprężnych samochodów osobowych i ciężarowych,
  • w urządzeniach lotniczych,
  • w produkcji ciepła w budownictwie,
  • do zasilania wszczepialnych urządzeń medycznych, takich jak biosensory glukozy.
  • do usuwania związków organicznych ze strumienia odpadów.

Biogaz

Biogaz jest produktem fermentacji beztlenowej materii organicznej. Do jego wytworzenia stosuje się surowce pochodzące z odpadów domowych, przemysłowych, odchodów zwierzęcych, osadu kanalizacyjnego czy roślin z upraw energetycznych. Gotowy biogaz składa się w przeważającej mierze z metanu i dwutlenku węgla, ale zawiera też śladowe ilości innych gazów, takich jak siarkowodór, amoniak, siloksany. Stosuje się go do wytwarzania energii cieplnej i energii elektrycznej.

Jak powstaje energia biomasy?

Jak to się dzieje, że z masy wiórów i trocin powstaje energia? Żeby to wyjaśnić, musimy się cofnąć do czasów szkolnych. Tam, podczas lekcji biologii uczono nas, czym jest fotosynteza. Definicja mówi, że do prawidłowego funkcjonowania, rośliny pobierają wodę z gleby oraz dwutlenek węgla z powietrza. Następnie pod wpływem promieniowania słonecznego, z cząsteczek wody i dwutlenku węgla kreują się cząsteczki glukozy i tlen. Ten ostatni rośliny uwalniają do atmosfery. Powstałe w ten sposób cząsteczki glukozy zapewniają organizmom energię oraz węgiel do budowy komórek i tkanek. To właśnie węgiel stanowiący budulec roślin może zostać wykorzystany do produkcji energii cieplnej i elektrycznej.

W najprostszym przykładzie (forma stała), do wytworzenia energii wykorzystuje się proces spalania biomasy. Aby uzyskać ciepło, podgrzana w pierwszym obiegu woda trafia do wymiennika. Tam część energii jest oddawana do drugiego obiegu, gdzie płynie woda dostarczana do biur, magazynów czy budynków mieszkalnych. Po ochłodzeniu woda z obiegu pierwszego ponownie trafia do kotła, rozpoczynając cały proces od początku.

Na podobnej zasadzie uzyskuje się prąd. Spalanie biomasy w kotle wprawia w działanie turbinę, gdzie energia cieplna przekształcona zostaje w mechaniczną. W kolejnym kroku, w generatorze dochodzi do konwersji energii mechanicznej w prąd. Tak wytworzoną energię elektryczną można wykorzystywać do zasilenia lodówki, komputera, pralki czy linii technologicznych.

Biomasa – energia pozyskiwana z upraw

Biomasa jest pozyskiwana z resztek i utylizacji odpadów pochodzenia organicznego. W ten sposób produkty, które nie są wykorzystywane do właściwych procesów w danej branży, można stosować do innych celów. To jednak nie wszystko. Inwestorzy doceniają liczne zalety, jakie płyną ze spalania biomasy. Z tego powodu chętnie lokują swoje zasoby do rozwoju upraw roślin energetycznych. Po zbiorach nie są one przeznaczane na cele spożywcze, ale sprzedaje się je do elektrowni. Kluczowe przy wyborze konkretnego gatunku są właściwości rośliny, takie jak:

  • duży przyrost roczny,
  • odporność na szkodniki,
  • możliwość wykorzystania na glebach niższej jakości,
  • wysoka wartość opałowa.

Biorąc pod uwagę te czynniki oraz charakterystykę danej przestrzeni, najczęściej uprawia się wierzbę wiciową (wartość opałowa 19,23 MJ/kg), rdest (wartość opałowa 17,2 MJ/kg), kukurydzę (wartość opałowa 17,3 MJ/kg), słonecznik bulwiasty (wartość opałowa 15,31 MJ/kg), miskant olbrzymi (wartość opałowa 16,28 MJ/kg) i topolę hybrydową (wartość opałowa 18,76 MJ/kg).

Polska ma duży potencjał do rozwoju roślin uprawnych. Pomimo dobrze rozwiniętego sektora agro, w kraju dominują gleby niższych klas – 40% to grunty należące do IV klasy, 23% do klasy V, a 11% do ziem klasy VI. Z tego powodu obserwujemy obecnie duży przyrost uprawy kukurydzy, rzepaku czy słonecznika.

Biomasa wady i zalety

Bilans wad i zalet wykorzystywania biomasy na cele energetyczne jest jednoznacznie pozytywny. Omawiany produkt jest przyjazny dla środowiska. Spalanie biomasy nie powoduje dodatkowej emisji dwutlenku węgla. Ilość gazu jest tożsama z tą, która jest pobierana przez rośliny w procesie fotosyntezy. Warto też odnotować, że podczas produkcji energii odnotowuje się mniejszą emisję dwutlenku siarki, tlenków azotu i tlenku węgla, niż w przypadku spalania węgla.

Jakie są inne zalety biomasy?

  • Jej produkcja pozwala optymalizować nadwyżki żywności, zagospodarowanie odpadów produkcyjnych przemysłu leśnego i rolnego, utylizację odpadów komunalnych.
  • Jest powszechnie dostępna.
  • Produkcja energii nie jest uzależniona od czynników losowych, jak siła wiatru czy promieniowanie słoneczne.
  • Magazynowanie i transport, nie generuje uciążliwych dla środowiska konsekwencji. Nie ma tu na przykład ryzyka wycieku i skażenia wód.
  • Zbieranie biomasy z terenów leśnych i z pastwisk minimalizuje ryzyko pożaru.
  • Uprawy pozwalają zagospodarować gleby niższej klasy, w tym tereny poprzemysłowe.
  • Z uwagi na możliwość wykorzystania odpadów, mało urodzajnej ziemi czy niespecjalistycznych środków transportu, biomasa jest stosunkowo tania.
  • Brak konieczności podejmowania dużych inwestycji technologicznych.
  • Powstały popiół może być dalej stosowany jako nawóz pod uprawę kolejnych roślin energetycznych.

Czy spalanie biomasy na cele energetyczne wiąże się z jakimiś wadami? Zasadniczo nie. Warto jednak podkreślić dwie kwestie, które wpływają na ostateczną opłacalność procesu wytwórczego. Pierwszą jest magazynowanie. Aby biomasa uzyskała najwyższe właściwości, powinna być sucha. Im bardziej wilgotny materiał przeznaczymy do spalania, tym jego produktywność będzie niższa. Z tego powodu kluczowy jest etap przechowania w odpowiednich warunkach.

Drugą kwestią jest efektywność źródła ciepła. Spalając dwie tony biomasy, uzyskujemy wartość energetyczną zbliżoną do spalenia jednej tony węgla kamiennego. Tym samym dla zapewnienia ciepła w domu jednorodzinnym niezbędne będzie zakupienie większej ilości biomasy, niż byłoby to wymagane w przypadku węgla.

Biomasa dla gospodarstwa domowego i firmy

Ceny surowców energetycznych znacząco wzrosły w ostatnim roku. Tona węgla kosztowała jeszcze do niedawna 700 złotych. Dzisiaj w skupach, aby nabyć ten sam produkt trzeba wydać ponad 3 000 złotych. Oczywiście o ile ten jest dostępny. Podobne tendencje obserwowane są na rynku ekogroszku czy gazu. W związku z tym mieszkańcy Polski szukają skutecznej alternatywy na zmniejszenie kosztów ogrzewania domu lub biura. Wybór bardzo często pada na specjalistyczne kotły do spalania brykietu i pelletu. To rozwiązania pozwala w dłuższej perspektywie generować oszczędności, jest ekologiczne i wspierane przez programy dotacyjne.

Skąd brać biomasę? Możliwości jest dużo. Jeśli posiadamy nieużytkowany grunt, dobrym pomysłem jest uprawa roślin energetycznych. W innych przypadkach gotowe granulaty lub kostki można zakupić w sklepach wielkoformatowych lub na giełdzie ebiomasa.

Energia biomasa - podsumowanie

Biomasa jest jednym z rodzajów odnawialnego źródła energii. Jest to stosunkowo łatwo dostępne, ekologiczne i ekonomiczne źródło energii. Najczęściej biomasa kojarzy się z produktem stałym – brykietem lub pelletem stosowanym do ogrzewania domów i powierzchni biurowych. Na rynku dostępne są także biopaliwa i biogazy, które mają zdecydowanie szersze zastosowanie. Biomasę pozyskuje się z: drewna kawałkowego, kory, trocin, roślin uprawnych, glonów, drożdży odpadowych, wytłoków, osadów ściekowych czy obornika z hodowli trzody chlewnej i była. Użytkowanie biomasy to wyraz troski o jakość środowiska naturalnego.

Popularne Aktualności Maat4