 |
 |
|
» Pridaj medzi obľúbené
» Hlavná Stránka
|
Nové firmy |
Najviac hľadané výrazy |
Inzercia |
|
|
| Pridané: 02.10.2013 | 
Vytlačiť článok |
||
| Popis viacerých možných spôsobov využitia biomasy a ekonomické prepo?ty | |||
|
CHEMICKÉ ZLOŽENIE BIOMASY AKO VZNIKÁ BIOMASA? Kolobeh CO2 v prírode. BIOMASA AKO PALIVO Z h?adiska vplyvu na životné prostredie je ve?ký rozdiel medzi fosílnou a obnovite?nou (?erstvou) biomasou. Pri fosílnych palivách dochádza k ovplyv?ovanou životného prostredia tým, že pri ich spálení sa do atmosféry dostávajú látky, ktoré boli po mnoho milión rokov uložené pod zemským povrchom. Na rozdiel od nich je spa?ovanie ?erstvej biomasy z h?adiska emisií skleníkových plynov neutrálne. Najrozšírenejším palivom z kategórie biomasy je drevo. Drevo ako palivo môže ma? rôznu podobu - môže by? využívané ako kusové, ako drevný odpad (napr. vo forme štiepok, alebo peliet) alebo môže by? špeciálne pestované ako energetická rastlina napr. v?ba. Existujú však aj iné zdroje, ktoré hrajú významnú úlohu v energetickej bilancii mnohých krajín. Sem patria napr. organické zvyšky z po?nohospodárskej výroby ako je napr. slama. Biomasou je aj bioplyn získavaný zo skládok komunálneho odpadu, ?isti?iek odpadových vôd alebo hnojovice zo živo?íšnej výroby. Z h?adiska svojej perspektívy je biomasa považovaná za k?ú?ový obnovite?ný zdroj energie a to tak na úrovni malých ako i ve?kých technologických celkov. Už dnes sa podie?a asi 14 % na celosvetovej spotrebe primárnych energetických zdrojov. Avšak pre tri štvrtiny obyvate?stva Zeme, žijúcich prevažne v rozvojových krajinách, je najdôležitejším palivovým zdrojom. V priemere jej podiel na spotrebe energie v týchto krajinách predstavuje asi 38% (v niektorých krajinách až 90%). Je možné predpoklada?, že pri raste populácie a znižovaní rezerv fosílnych palív bude jej význam vo svete ?alej narasta?. Biomasa je významným zdrojom aj v niektorých rozvinutých krajinách. Vo Švédsku alebo v susednom Rakúsku sa podie?a asi 15 % na spotrebe energie (u nás je to menej ako 1 %). Vo Švédsku existujú plány na podstatne vyššie využívanie biomasy, ktorá by mala v budúcnosti nahradi? energiu získavanú v sú?asnosti v jadrových elektrár?ach. V USA je podiel biomasy na primárnych zdrojoch asi 4 %, ?o je asi to?ko energie, ko?ko sa jej získava v jadrových elektrár?ach. Vä?šina energie biomasy pokrýva spotrebu tepla, avšak významne sa podie?a aj na výrobe elektriny. Dnes v USA pracujú elektrárne spa?ujúce biomasu s celkovým elektrickým výkonom viac ako 9000 MW. Pod?a niektorých analýz neexistuje žiadna bariéra, aby podiel biomasy na spotrebe energie v USA vzrástol na viac ako 20 %. Biomasa pestovaná na po?nohospodárskej pôde by napr. dokázala bez problémov nahradi? energiu vyrábanú jadrovými reaktormi, a to i bez dôsledkov na ceny po?nohospodárskych plodín. Navyše biomasa pestovaná na výrobu etanolu by dokázala nahradi? viac ako 50 % dovážanej ropy. Podiel biomasy na výrobe tepla. PRODUKCIA BIOMASY ENERGETICKÁ HODNOTA  VÝHODY VYUŽÍVANIA BIOMASY AKO PALIVA EÚ už nieko?ko rokov pracuje na reforme po?nohospodárstva a efektívnejšom využívaní pôdy. Európske po?nohospodárstvo dnes spo?íva na obmedzenom po?te plodín ur?ených na obživu ?udí a zvierat, ktoré sú v sú?asnosti ve?mi silne dotované. Navyše pokles cien týchto plodín vedie k nízkym a ?asto ve?mi nestálym príjmom po?nohospodárov v mnohých európskych krajinách. Prechod na pestovanie tzv. technických surovín sa ?asto uvádza ako jedno z dôležitých riešení problémov po?nohospodárstva. Pestovanie nových plodín môže otvori? nové trhy a efektívne využi? pôdny fond, ktorý je v sú?asnosti málo využitý. V roku 1991 bolo obrábaných asi 128 milión hektárov pôdy, z nich bolo postupne asi 0,8 milión hektárov vy?atých z po?nohospodárskej produkcie v dôsledku nadprodukcie potravín. V budúcnosti sa plánuje na vyradenie ove?a vä?šia rozloha. Je zrejmé, že preorientovanie sa na nepotravinové plodiny, kam patrí aj biomasa pestovaná pre energetické ú?ely môže významne pomôc? po?nohospodárstvu i ekonomike, nako?ko bude možné zníži? dotácie do tohoto sektora. Z poh?adu znižovania emisií skleníkových vplyvov a klimatických zmien majú všetky biotechnológie mimoriadny význam. Nielen rastliny, ktoré po?as svojho rastu absorbujú z atmosféry CO2, ale aj využívanie bioplynu pozostávajúceho hlavne z metánu (CH4), zo skládok odpadu alebo hnojovice, významne prispievajú k znižovaniu emisií. Metán má v atmosfére až 20 násobne vyšší ú?inok na uvedený jav ako CO2. Z h?adiska znižovania emisií síry a obmedzovania kyslého spádu (kyslé dažde) má využívanie biomasy taktiež ve?ký význam, nako?ko obsah síry v nej je podstatne nižší ako v prípade uhlia alebo ropy. Navyše biomasu je možné primiešava? do uhlia, a tak ?alej znižova? emisie síry v klasických elektrár?ach alebo kotolniach. Využívanie biomasy na energetické ú?ely poskytuje aj ?alšie ekologické výhody. Medzi najdôležitejšie patrí zlepšenie kvality lesov, vôd alebo zamedzenie erózie pôdy. Nevýhodou biomasy ako paliva je, že takmer všetky druhy surovej biomasy podliehajú v normálnych podmienkach rýchlemu rozkladu. Z tohto dôvodu len málo z nich je vhodných na dlhodobé skladovanie a vzh?adom na ich relatívne nízku energetickú hustotu sú tiež náklady na ich dopravu relatívne vysoké. V sú?asnej dobe sa preto h?adajú cesty, ako ?o najužito?nejšie využi? tento zdroj energie. VÝROBA ENERGIE Z BIOMASY Z h?adiska metódy výroby energie z biomasy sa dnes v praxi presadzujú nasledovné procesy: Bezprostredným produktom týchto procesov je teplo využívané v mieste výroby alebo v jej blízkosti. Teplo sa využíva bu? priamo na prípravu teplej vody alebo na výrobu pary s následným pohonom elektro-generátora a výrobou elektriny. Inými produktmi sú napr. drevné uhlie alebo kvapalné biopalivá na pohon motorových vozidiel. SPA?OVANIE Pre ú?inné spa?ovanie je potrebné zabezpe?i?: Ak pri horení nie je zabezpe?ený prívod dostato?ného množstva vzduchu, horenie je neúplné a vznikajúci dym obsahujúci nespálený uhlík je ?ierny. Tento proces je sprevádzaný aj charakteristickým zápachom a zna?ným množstvom usadenín v komíne, ktoré môžu hrozi? znovu zapálením. Na druhej strane ak je pri horení ve?ké množstvo vzduchu, klesá teplota a plyny unikajú z dreva nespálené, pri?om odnášajú so sebou aj užito?nú energiu. Správne množstvo vzduchu je preto kritické pre dokonalé horenie. Výsledkom je neprítomnos? dymu a zápachu. Regulácia prívodu vzduchu zvä?ša závisí na použitom komíne a ceste, ktorou sa vzduch do miesta spa?ovania dostáva. Hoci priame spa?ovanie je najjednoduchšou a najbežnejšou metódou využitia energie biomasy, nie vždy je to proces ú?inný. Príkladom môže zohriatie vody nad oh?om. Energetický obsah 1 m3 suchého dreva je asi 10 GJ, alebo 10 milión kJ. Na zvýšenie teploty jedného litra vody o jeden stupe? je potrebných 4,2 kJ tepla. Na zovretie litra vody by preto malo posta?i? asi 400 kJ, ?o zodpovedá približne 40 kubických centimetrov dreva. V praxi však pri otvorenom ohni potrebujeme ove?a viac dreva ?asto až 50-krát viac , ?o znamená že ú?innos? spa?ovacieho procesu pri otvorenom ohni je asi 2 %. Súvisí to s tým, že vä?šia ?as? energie dreva uniká bez úžitku. Navrhnutie spa?ovacieho kotla, ktorý by sa vyzna?oval podstatne vyššou ú?innos?ou si preto vyžaduje pochopenie celého spa?ovacieho procesu. Dôležitým krokom je pochopenie odparovania vody z dreva, teda procesu ktorý energiu spotrebováva. Spotrebovaná energia však predstavuje len malé percento z celkovej využite?nej energie. Moderné spa?ovacie systémy sú ve?mi podobné tým, ktoré sa využívajú na spa?ovanie uhlia a vyzna?ujú sa ú?innos?ou spa?ovania až 90%. PYROLÝZA Pyrolýza môže prebieha? aj v prítomnosti malého množstva vzduchu (sply?ovanie), vody (parné sply?ovanie) alebo vodíka (hydrogenácia). Nielen drevné uhlie, ale aj iné produkty pyrolýzy majú zna?ný energetický význam. Moderné pyrolytické systémy sú schopné zhromaž?ova? prchavé produkty vznikajúce pri tomto procese. Jedným z ve?mi užito?ných produktov môže by? napr. metán, vhodný na výrobu elektriny v plynových turbínach. Kvapalné produkty pyrolýzy majú potenciál podobný rope avšak obsahujú niektoré kyseliny, a musia by? preto pred použitím upravené. Rýchla pyrolýza dreva pri teplote 800-900 st. Celzia vedie k produkcii len 10% drevného uhlia a až 60% materiálu sa mení na energeticky hodnotné palivo - plyn bohatý na vodík a oxid uho?natý. Tým sa rýchla pyrolýza stáva aj konkurentom bežnému sply?ovaciemu procesu (pozri nižšie), avšak na rozdiel od sply?ovania nie je v sú?asnosti dostupná na komer?nej úrovni. V sú?asnosti je pyrolýza považovaná za prí?ažlivú technológiu. Súvisí to aj s tým, že prebieha pri relatívne nízkych teplotách, ?o vedie k nižšej emisii potenciálnych škodlivín v porovnaní s úplným spa?ovaním biomasy. Nižšie emisie pri tomto procese viedli aj k pokusom o pyrolýzu takých materiálov ako sú plasty alebo pneumatiky. SPLY?OVANIE Sply?ovanie je proces, pri ktorom sú produkované hor?avé plyny ako vodík, oxid uho?natý, metán a niektoré nehor?avé produkty. Celý proces prebieha pri nedokonalom (?iasto?nom) horení a ohrievaní biomasy teplom vznikajúcim pri horení. Vznikajúca zmes plynov má vysokú energetickú hodnotu a môže by? použitá ako iné plynné palivá tak pri výrobe tepla a elektriny ako aj v motorových vozidlách. Vo vozidlách však tento plyn vedie k nižšiemu výkonu motora asi o 40 %. Sply?ovanie prebieha v kotli s obmedzeným prístupom vzduchu. Nedostatok kyslíka spôsobuje nedokonalé horenie. Pri úplnom horení uh?ovodíkov (z ktorých sa drevo skladá) sa kyslík spája s uhlíkom pri?om vzniká CO2 a H2O. Obmedzený prístup vzduchu ešte stále umož?uje mierne horenie, pri ktorom vzniká CO avšak vodík sa nespája len s kyslíkom za vzniku molekuly vody, ale uvo??uje sa ako ?istý plyn - H2. Pri procese sa uvo??ujú aj iné zložky ako napr. uhlík, ktorý tvorí dym. Teplo vznikajúce pri nedokonalom spa?ovaní sa využíva na to, aby sa porušovali väzby medzi uh?ovodíkovými atómmi. Vznikajúce uhlíkové a vodíkové atómy sa však spájajú s inými, pri?om sa uvo??uje teplo, ktoré udržuje celý proces bez dodávania energie zvonku. Výsledkom je vznik plynov, ktoré sa ?alej môžu spa?ova?. Zloženie plynov je nasledujúce:  V závislosti na konštrukcii sply?ovacieho zariadenia je možné zvýši? podiel produkovaného metánu alebo iných plynov. Sply?ovanie je teda jednoduchý proces výroby plynných palív z palív pevných. SYNTETICKÉ PALIVÁ FERMENTÁCIA Na výrobu etanolu ale aj metanolu sa ako vhodné suroviny dajú využi? viaceré rastliny napr. obilie, zemiaky, kukurica, cukrová trstina, cukrová repa, ovocie a iné plodiny. Hodnota ktorejko?vek vstupnej suroviny pre fermenta?ný proces závisí na jednoduchosti s akou je možné z nej získa? cukry. Najlepšou surovinou sa ukazuje cukrová trstina resp. melasa vznikajúca po extrakcii š?avy z nej. Inými vhodnými surovinami sú zemiaky alebo obilniny. Cukry je možné vyrobi? aj z celulózy (dreva), avšak proces je komplikovanejší. Celulóza sa najskôr pomelie a potom zmieša s horúcou kyselinou. Po 30 hodinách kaša obsahuje asi 6-10 % alkoholu, ktorý je možné získa? destiláciou. Vzh?adom na to, že použitá surovina sa nepremení celá na biopalivo, vznikajú pri tomto procese cenné ved?ajšie produkty, ktoré môžu nahradi? bielkovinové krmivá. Energetický obsah etanolu je asi 30 GJ/t, alebo 24 GJ/m3. Celý proces fermentácie si vyžaduje zna?ný prísun tepla, ktoré sa zvy?ajne vyrába spa?ovaním rastlinných zvyškov. Hoci strata energie je pri výrobe etanolu ve?ká, býva zvy?ajne vykompenzovaná kvalitou paliva a jeho transportovate?nos?ou. ANEROBICKÉ VYHNÍVANIE Získavanie bioplynu z odpadov a jeho spa?ovanie plynovými turbínami je proces nenáro?ný a technologické prvky sú bežne dostupné trhu. Nenáro?nos? získavania bioplynu a jeho premeny na užito?nú energiu je evidentná aj tým, že v rozvojových krajinách ako je India alebo ?ína existuje nieko?ko miliónov ve?mi jednoduchých rodinných zariadení, využívajúcich bioplyn len na výrobu tepla na varenie v domácnostiach. BIOPALIVÁ Pod pojmom biopalivá sa ukrýva ve?ký po?et zdrojov energie organického pôvodu od dreva až po organický materiál na skládkach komunálneho odpadu. Biopalivá sú v podstate všetky tuhé, kvapalné a plynné palivá vyrobené z organických látok bu? priamo z rastlín alebo nepriamo z priemyselných, po?nohospodárskych alebo domácich odpadov. Rastliny okrem toho, že ich môžeme získava? priamo z prírody, je možné aj špeciálne pestova? pre energetické ú?ely. VÝROBA ELEKTRINY Výroba elektriny sply?ovaním biomasy je novou metódou. Namiesto priameho spa?ovania biomasy sa využíva proces jej sply?ovania a následného spa?ovania plynu v plynovej turbíne podobne ako je to pri výrobe elektriny v elektrár?ach na plyn. Výhodou tejto technológie je ove?a vyššia ú?innos?, nako?ko pri sply?ovaní až 65-70% energie obsiahnutej v biomase sa premie?a na hor?avý plyn. Investi?né náklady na výstavbu plynových turbín sú relatívne nízke a navyše tu existujú zna?né možnosti zlepšovania technológie. Hoci metóda sply?ovania poskytuje viacero výhod ešte nie je dostato?ne rozvinutá, na to aby mohla by? bežne používaná. Pri spa?ovaní plynov v motoroch alebo turbínach sa vyžaduje použitie ve?mi ?istého plynu. Na výrobu takéhoto plynu sú potrebné nielen dodato?né zariadenia ako sú chladi?e a zmiešavacie systémy, ale aj špeciálne upravená reaktorová nádoba, ?o celú technológiu zna?ne komplikuje. Navyše technológia je dos? citlivá na použitý typ biomasy (rôzne druhy sa správajú odlišne), ?o si vyžaduje vyššiu kontrolu vstupných surovín ako v iných typoch elektrární. Najlepším palivom býva drevné uhlie zbavené vlhkosti a iných prchavých látok, to však znamená osobitné zariadenie na jeho výrobu. V najjednoduchších plynových turbínach sú horúce odpadové plyny vypúš?ané priamo do ovzdušia. V moderných technológiách sú však tieto plyny využívané na výrobu pary v osobitných parogenerátoroch. Táto para sa môže použi? bu? na vykurovanie objektov (kogenera?ná jednotka), alebo je vhá?aná spä? do turbíny, ?ím sa zvyšuje výkon a ú?innos? výroby (Steam-injected gas turbine - STIG), alebo sa použije na ?alšiu výrobu elektriny v parnej turbíne (Gas turbine/steam turbine combined cycle - GTCC), ?o taktiež vedie k zvýšeniu celkového výkonu a ú?innosti zariadenia. Z uvedeného je zrejmé, že elektrárne so sply?ovaním biomasy sú podstatne zložitejšie ako zariadenia (kotle) používané len na výrobu tepla. Napriek tomu sú do vývoja uvedených sply?ovacích technológií dnes investované milióny dolárov ro?ne. V pozadí je snaha o nahradenie zemného plynu, ktorý je dnes uprednost?ovaný pri výrobe elektriny uhlím, ktorého zásoby sú ove?a vä?šie. Sply?ovanie uhlia a následná výroba elektriny nemajú také nežiadúce dopady na životné prostredie ako klasické spa?ovanie uhlia, a preto sa táto metóda ozna?uje ako tzv. ?isté spa?ovanie uhlia. Vývoj týchto technológií však umož?uje aj používanie biomasy ako paliva, ktoré je dos? podobné uhliu (Biomass integrated gasifier/gas turbines - BlG/GT). Výhodou biomasy v porovnaní s uhlím je, že sa ?ahšie sply?uje a má ve?mi nízky obsah síry, ?o zna?ne znižuje náklady na výrobu elektriny a dáva uvedenej technológii BIG/GT ve?kú perspektívu do budúcnosti. SPOLO?NÉ SPA?OVANIE UHLIA A BIOMASY |
|||
Biomasa v podobe rastlín je chemicky zakonzervovaná slne?ná energia. Je to sú?asne jeden z najuniverzálnejších a najrozšírenejších zdrojov energie na Zemi. Okrem toho, že poskytuje výživu, používa sa ako stavebný materiál, vyrába sa z nej papier, lieky alebo chemikálie, je tiež výborným palivom. Biomasa sa ako palivový zdroj využíva od objavenia oh?a. Jej výhodou je, že ponúka nielen ve?kú rôznorodos? vstupných surovín, ale aj univerzálne využitie v energetike. Je ju možné využi? nielen na výrobu tepla ale aj na výrobu elektriny v moderných spa?ovacích zariadeniach. Kvapalné a plynné formy biomasy (etanol, metanol, drevoplyn, bioplyn) je tiež možné použi? na pohon motorových vozidiel. Dnes sa však ?asto považuje za nízko kvalitné palivo a v mnohých krajinách sa ani neobjavuje v energetických štatistikách.
Technológia priameho spa?ovania biomasy je najbežnejším spôsobom jej energetického využitia. Je to metóda v praxi overená a komer?ne dostupná na vysokej úrovni. Spa?ovacie zariadenia sa dodávajú v rôznych prevedeniach a výkonoch, pri?om sú schopné spa?ova? prakticky akéko?vek palivo od dreva cez baly slamy až po slepa?í trus alebo komunálny odpad. Význam má predovšetkým spa?ovanie odpadového dreva a odpadov z po?nohospodárskej produkcie (slama). Vznikajúce teplo sa využíva na vykurovanie, v technologických procesoch (procesné teplo) alebo na výrobu elektrickej energie.
Tradi?ný spôsob výroby elektriny z biomasy je vo vä?šine prípadov založený na jej priamom spa?ovaní a výrobe pary, ktorá pohá?a parnú turbínu podobne ako je to v uho?ných elektrár?ach. Táto technológia je dnes ve?mi prepracovaná a umož?uje použitie viacerých druhov vstupných surovín. Jej nevýhodou je, že si vyžaduje relatívne vysoké investi?né náklady na jednotku výkonu, celková ú?innos? výroby je nízka a navyše neposkytuje možnosti ?alšieho zlepšenia.
TOP ponuky |
|
|
TOP články |