Od października br

Sprawozdanie z wycieczki edukacyjno –ekologicznej
Reszel -Bisztynek –Frombork –-Reszel
uczniów i nauczycieli gimnazjum nr 1 w Reszlu
wraz z częścią informacyjną o poznanych źródłach biopaliw.
Dnia 17 maja 2006r. (środa), my, uczniowie Gimnazjum nr 1 w Reszlu uczestniczyliśmy
w wycieczce edukacyjno –ekologicznej do Fromborka. Wycieczka ta odbyła się w ramach
konkursu, organizowanego przez serwis edukacyjny www.biomasa.org/edukacja. Głównym
celem naszej wyprawy, miało być poznanie metodami produkcji energii, pozyskiwanej
z surowców odnawialnych, a w szczególności z biomasy. Poznane przez nas wiadomości,
informacje i ciekawostki
dotyczące biomasy mieliśmy opisać w sprawozdaniu
podsumowującym realizowany projekt.
Spod szkoły wyjechaliśmy o godzinie 8 rano. Punktem docelowym naszej wycieczki miał być
Frombork. Jednak po drodze zajechaliśmy jeszcze do Bisztynka, by zwiedzić działającą tam
stację produkcji brykietu opałowego.
Zakład znajdował się w oddalonym od miasta, ustronnym miejscu. Kiedy weszliśmy do
budynku, znaleźliśmy się w ogromnej hali produkcyjnej. Zewsząd słychać było donośny
hałas, nie wiedzieliśmy jednak, co go wydaje. Pierwsze, co rzuciło nam się w oczy, to
składowane w jednej z hal jutowe worki z brykietem. Z tego co zauważyliśmy, nie wymaga
on jakichś szczególnych warunków przechowywania. Idąc dalej, trafiliśmy do hali, w której
odbywał się proces brykietowania. Tam obserwowaliśmy cały proces produkcji brykietu.
Wióry i odpadki drewniane są wrzucane do specjalnego pieca, tzw. brykieciarki, gdzie pod
działaniem wysokiego ciśnienia i temperatury, bez stosowania żadnych substancji spajających
zostają sprasowane w jedną, zbitą masę. Następnie przeszliśmy do pomieszczenia, gdzie masa
ta zostaje pocięta na klocki w kształcie walca. Każdy z nas otrzymał po jednym takim
kawałku, by móc bliżej zbadać jego właściwości. Brykiet okazał się świetnym materiałem
doświadczalnym.
Brykiet drzewny produkowany jest z rozdrobnionych odpadów drzewnych, takich jak
trociny, wióry czy zrębki, sprasowywanych pod wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji
klejących. Niska zawartość wilgoci sprawia, że wartość opałowa brykietów jest wyższa niż
drewna. Dzięki dużemu zagęszczeniu materiału w stosunku do objętości, proces spalania jest
stopniowy i powolny. Brykiet drzewny ma najczęściej kształt walca lub kostki. Technologia
produkcji brykietów drzewnych była już stosowana przed II wojną światową, jednak
produkcja na skalę przemysłową rozwinęła się dopiero w latach osiemdziesiątych XX wieku.
-1-
Surowcem do produkcji brykietu mogą być wszystkie rodzaje roślin lub odpadów
pochodzenia roślinnego. Największe znaczenie gospodarcze i największą wartość handlową
mają brykiety produkowane z drewna. Do przerobu nadają się praktycznie wszystkie rodzaje
drewna i odpadów drzewnych, w tym zrębki i trociny. Brykietowanie następuje w prasach
mechanicznych lub hydraulicznych bez stosowania żadnych substancji wiążących. O kształcie
otrzymywanego brykietu decyduje rodzaj zastosowanej prasy brykietującej.
Rozróżniamy następujące rodzaje brykietu:
1. Brykiet w kształcie walca o średnicy 50 lub 53 mm . Ten rodzaj brykietu
produkowany jest w brykieciarkach mechanicznych. Długość brykietu jest
niejednolita i wynosi od kilku do kilkunastu centymetrów, a podstawa walca jest
nieregularna.
2. Brykiet w kształcie walca o średnicy 30 do 80 mm, o regularnej bryle i długości od
kilku do kilkunastu centymetrów. Brykiet taki powstaje poprzez sprasowanie
określonej porcji surowca w brykieciarce hydraulicznej.
3. Brykiet kominkowy - zwykle ośmiokątny z otworem w środku, produkowany jest w
brykieciarkach ślimakowych.
4. Brykiet typu kostka - stosowany najczęściej w kominkach.
W skutek wysokiego ciśnienia wywieranego na trociny brykiet drzewny posiada wysoką
temperaturę, jest kruchy, a równocześnie łatwo się skleja.
W procesie produkcji brykietu można wyodrębnić następujące fazy:
1. przygotowanie surowca
2. suszenie
3. ostateczne rozdrobnienie i przygotowanie jednorodnej frakcji odpadu
4. brykietowanie
5. kondycjonowanie
6. pakowanie i składowanie
Produkcja brykietu jest prostsza i tańsza od produkcji pelet. Jego produkcja może być
powszechnie stosowana przez społeczności lokalne. Brykietowanie odpadów drzewnych na
dłuższą metę może stanowić doskonałe uzupełnienie do produkcji pelet - paliwa o dużo
wyższych wymaganiach surowcowych i technologicznych. Część odpadów pochodzących
z produkcji pelet może być poddana brykietowaniu. Brykietowaniu może również być
-2-
poddana biomasa pochodząca z plantacji roślin energetycznych, a także materiały pochodzące
z selektywnej zbiórki odpadów oraz słoma.
Znaczenie brykietu w Polsce jako paliwa wzrasta. Stosunkowo niewielki próg finansowy
inwestycji, wzrostowy rynek i zgodność z trendami ochrony środowiska skłania wielu
producentów do rozpoczęcia produkcji tego typu paliwa. Jednym z poważnych ograniczeń
stało się zapewnienie odpowiednich ilości surowca do produkcji i możliwość jego pozyskania
w odległości do 100 km od lokalizacji zakładu produkcyjnego. Zakłady produkujące brykiet
powstają głównie w rejonach o silnej koncentracji przemysłu drzewnego i meblarskiego oraz
w sąsiedztwie dużych obszarów leśnych.
Wśród zalet brykietu rozróżniamy:
•
dużą gęstość – łatwość przechowywania i dystrybucji
•
możliwość stosowania w kotłowniach z automatycznym podawaniem paliwa
•
wysoką wartość opałowa - porównywalna z gorszej jakości węglem kamiennym
•
brak szkodliwych substancji
•
niską emisja dwutlenku siarki i innych substancji szkodliwych podczas spalania
•
niską zawartość popiołu
•
możliwość wykorzystania popiołu jako nawozu
•
możliwość długiego przechowywanie w suchych pomieszczeniach
•
możliwość wszechstronnego stosowania: w kotłowniach indywidualnych, kotłowniach
zasilających sieci grzewcze, kominkach
Brykiet drzewny stanowi atrakcyjną alternatywę paliwową dla szerokiego grona odbiorców.
W ciągu trzech ostatnich lat znacznie zwiększył się udział tego paliwa w lokalnych rynkach.
O ile w 2002 roku producenci przeznaczali swoją produkcję na eksport, głównie do krajów
skandynawskich, o tyle już w 2003 roku paliwo to w zdecydowanej większości sprzedawane
było w kraju. Produkcja brykietu wskazuje na ogromny potencjał lokalnych rynków i
wzrastające zainteresowanie dotychczasowych użytkowników kotłów węglowych. Brykiet
drzewny sprzedawany jest najczęściej w jutowych workach 20kg lub 50kg.
Brykiet drzewny może być efektywnie spalany zarówno w kotłowniach o małej, jak i średniej
mocy. Może również stanowić paliwo zastępcze w stosunku do węgla i drewna lub być razem
z nimi współspalany. Ekologiczne, o wysokiej sprawności spalanie brykietu w celach
energetycznych odbywa się w kotłach o specjalnej konstrukcji, które charakteryzują
zwiększone powierzchnie wymiany ciepła i lepsze mieszanie spalin.
-3-
Przy okazji naszego pobytu w Bisztynku zwiedziliśmy „Diabelski kamień” -olbrzymi głaz
narzutowy z czasów epoki lodowcowej, który został tu naniesiony razem z lądolodem
skandynawskim. Choć w okolicach naszej miejscowości wiele jest takich obiektów , to żaden
z nich nie mógł nam zaimponować swoimi rozmiarami, jak ten, który zobaczyliśmy
w Bisztynku. Z obiektem tym wiąże się bardzo ciekawa legenda, mówiąca, w jaki sposób
w głazie powstało olbrzymie pęknięcie.
Po trzech godzinach jazdy dojechaliśmy do Fromborka. Na miejscu spotkaliśmy
przewodnika, który wskazał nam drogę do pobliskiej ciepłowni na biomasę, będącej głównym
punktem naszej wyprawy. Przy okazji opowiedział nam trochę o mieście, w którym się
znajdowaliśmy. Frombork (niem. Frauenburg) to miasto znajdujące się w woj. warmińskomazurskim, w powiecie braniewskim.
To położone nad Zalewem Wiślanym i znane z historycznej zabudowy Wzgórza katedralnego
może poszczycić się także nowoczesną ciepłownią i systemem cieplnym miasta.
Budynek ciepłowni od razu rzucił nam się w oczy, a to za sprawą ogromnego
składowiska słomy, znajdującego się przy wjeździe do zakładu. Po ciepłowni oprowadzał nas
jej pracownik. Na początku obeszliśmy dookoła cały budynek. Za halą produkcyjną
znajdowało się składowisko popiołu, będącego produktem ubocznym procesu produkcyjnego.
Dowiedzieliśmy się, że popiół ten może być wykorzystywany jako nawóz do wszelakich
upraw roślinnych. Firma ta stosuje go do nawożenia swych upraw energetycznych,
znajdujących się w pobliżu zakładu. Następnie weszliśmy do olbrzymiej hali produkcyjnej,
gdzie odbywał się cały proces. Sześcienne bele słomy trafiają do olbrzymiego kotła, gdzie
pod działaniem wysokiej temperatury i ciśnienia, zostają przetworzone na energię cieplną.
Budowa ciepłowni we Fromborku została sfinansowana z Wojewódzkiego Funduszu
Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, Ekofunduszu oraz ze środków własnych gminy.
Realizacja inwestycji, której wartość wyniosła 9,5 mln złotych objęła projektowanie, prace
budowlane kotłowni, magazynu słomy, ułożenie sieci cieplnej, budowę węzłów cieplnych,
odbiór końcowy i przekazanie do eksploatacji, a także szereg spraw formalno-prawnych.
Nowa ciepłownia na słomę o mocy 6,5 MW jest ciepłownią przyjazną środowisku, co
ma szczególne znaczenie ze względu na walory turystyczne i położenie miasta w sąsiedztwie
chronionego krajobrazu rzeki Baudy. Budowa ciepłowni we Fromborku stymuluje ogólny
rozwój całej gminy. Jej powstanie wpłynęło na likwidację przestarzałych kotłów,
zmniejszenie szkodliwych zanieczyszczeń i kosztów eksploatacji. Dodatkowe plusy tej
inwestycji to unowocześnienie miejskiej infrastruktury, zwiększenie opłacalności produkcji
zbóż, rozwój usług transportowych. Obok wspomnianych już korzyści, należy też dodać,
-4-
że ceny jednostkowe ciepła uzyskanego ze spalania słomy są niższe od cen energii uzyskanej
ze spalania węgla, oleju czy gazu.
Biomasa to najstarsze i najszerzej współcześnie wykorzystywane odnawialne źródło
energii. Należą do niej zarówno odpadki z gospodarstwa domowego, jak i pozostałości po
przycinaniu zieleni miejskiej. Biomasa to cała istniejąca na Ziemi materia organiczna oraz
wszystkie substancje pochodzenia roślinnego i zwierzęcego ulegające biodegradacji. Biomasą
są także resztki z produkcji rolnej, pozostałości z leśnictwa, odpady przemysłowe
i komunalne.
Niektóre jej formy są jednak celem, a nie efektem ubocznym produkcji. Specjalnie po to, by
pozyskiwać biomasę uprawia się pewne rośliny. Do upraw energetycznych nadają się
zwłaszcza
rośliny
charakteryzujące
się
dużym
przyrostem
rocznym i
niewielkimi
wymaganiami glebowymi, takie jak np. wierzba wiciowa, rdest czy trzcina pospolita.
Różne rodzaje biomasy mają różne właściwości. Im suchsza, bardziej zagęszczona jest
biomasa, tym większą ma wartość jako paliwo. Bardzo wartościowym paliwem jest na
przykład
produkowany
z
rozdrobnionych
odpadów
drzewnych
brykiet.
Paliwo
uszlachetnione, takie jak brykiet czy pelety drzewne, uzyskuje się poprzez suszenie, mielenie
i prasowanie biomasy. Koszty ogrzewania takim paliwem są niższe od kosztów ogrzewania
olejem opałowym.
Biomasa występuje w różnych stanach skupienia. Biomasa występuje nie tylko pod postacią
stałą, może przybierać także formę ciekłą lub gazową. Przy oczyszczalniach ścieków i
na składowiskach odpadów, tam gdzie rozkładają się odpady organiczne występuje biogaz
będący
mieszaniną
metanu i dwutlenku węgla. Zwany
gazem błotnym biogaz
powstaje podczas beztlenowej fermentacji substancji organicznych. Człowiek może go
wykorzystywać na różne sposoby, m. in. do produkcji:
•
energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,
•
energii cieplnej w przystosowanych kotłach,
•
energii elektrycznej i cieplnej w układach skojarzonych.
Wykorzystując będący gazem cieplarnianym metan zapobiega się jego emisji do atmosfery.
Im mniej zaś w atmosferze gazów cieplarnianych, tym mniejsze natężenie efektu
cieplarnianego i mniej związanych z globalnym ociepleniem niekorzystnych zmian klimatu.
Jeśli chodzi o postać ciekłą, to największe znaczenie odgrywają alkohole produkowane
z roślin o dużej zawartości cukru oraz biodiesel produkowany z roślin oleistych. W wyniku
-5-
fermentacji, hydrolizy lub pirolizy na przykład kukurydzy czy też trzciny cukrowej otrzymuje
się etanol i metanol – biopaliwa, które mogą być następnie dodawane do paliw tradycyjnych.
Biomasę warto wykorzystywać z wielu powodów. Paliwo to jest nieszkodliwe dla
środowiska: ilość dwutlenku węgla emitowana do atmosfery podczas jego spalania
równoważona jest ilością CO2 pochłanianego przez rośliny, które odtwarzają biomasę w
procesie fotosyntezy. Ogrzewanie biomasą staje się coraz bardziej opłacalne. Wykorzystanie
biomasy pozwala na spożytkowanie odpadów i zagospodarowanie nieużytków rolnych.
Północna i zachodnia Polska dysponuje dużym potencjałem biomasy stałej ze względu na
nadwyżki słomy w gospodarstwach rolnych. Północne rejony kraju posiadają największe
możliwości wykorzystania biogazu z odpadów zwierzęcych.
Potencjał techniczny drewna i jego odpadów z lasów i sadów, możliwy do wykorzystania w
energetyce wynosi 8,81 mln ton. Natomiast nadwyżki słomy sięgają 7,84 mln ton rocznie.
W 2004 roku produkcja pierwotna energii pochodzącej z drewna i odpadów drzewnych w
krajach Unii Europejskiej wzrosła o 5,6% w stosunku do roku 2003 i wynosiła 55,4 mln ton.
Wykorzystanie drewna ma największe znaczenie w krajach o dużym zalesieniu.
Znacznie bardziej - aż o 25,7% - wzrosła w roku 2004 produkcja biopaliw w krajach Unii.
Wyprodukowano ich 2 424 440 ton. Polska jest jedynym krajem w Unii, w którym w roku
2004 produkcja etanolu spadła i to aż o 40,7%.
W 2004 roku produkcja biogazu wytwarzanego w 20 krajach Unii w 56 biogazowniach,
z których około połowa znajduje się w Szwecji, wyniosła 4265 ton ekwiwalentu olejowego.
Stałe, płynne i gazowe biopaliwa produkowane są z biomasy, która sama występuje
w rozmaitych stanach skupienia. Istnieją jednak różne rodzaje biopaliw w określonym stanie
skupienia, podobnie jak różne są rodzaje surowców, wykorzystywanych do ich produkcji.
Wśród biopaliw stałych wyróżniamy np. brykiet oraz pelety. Biopaliwa płynne to: bioolej,
biodiesel czy bioalkohole. Jeśli chodzi o biopaliwa gazowe, to obok pozyskiwanego w
procesie fermentacji metanowej biogazu do celów energetycznych wykorzystywany jest także
holzgas, czyli gaz drzewny powstający w procesie pirolizy.
-6-
Drewno i odpady drzewne
Drewno było podstawowym surowcem energetycznym jeszcze w początkach XX wieku.
Choć później jego miejsce zajęły paliwa kopalne, drewno nie przestało odgrywać istotnej roli
w budownictwie, meblarstwie i innych sektorach gospodarki, takich jak przemysł chemiczny
czy górnictwo.
Drewno jest substancją niejednorodną, zawierającą głównie celulozę, hemicelulozę, ligninę i
wodę. Wraz z wiekiem drzewa zawartość ligniny w drewnie wzrasta, a zawartość wody
maleje.
Drewno składa się w 20-60% z wody. Zawartość wody w świeżym drewnie zależy głównie
od gatunku drzewa i jest wyższa w przypadku drewna o mniejszym ciężarze właściwym.
Paliwa drewnopochodne charakteryzują się wysoką zawartością składników lotnych.
Zaledwie 20% ich masy stanowią nielotne związki węgla, które nie odparowują w procesie
suchej destylacji (ogrzewania) drewna, lecz zostają spalone.
Drewno kawałkowe to:
•
pozostałość (ok. 2%) drewna konstrukcyjnego, przycinanego na wymiar
•
odpad z produkcji przycinanych na wymiar półwyrobów (np. fryzów)
•
materiał nie spełniający norm półwyrobu
Trociny i wióry
Trociny stanowią około 10% przerabianego drewna. Są także produktem ubocznym
skrawania, frezowania itp. Oczyszczone z drewna kawałkowego trociny stanowią cenne
paliwo i mogą być wykorzystywane w kotłowniach. Wady trocin to trudności związane
z magazynowaniem, skłonność do zaparzania (trociny bukowe) i podatność na zawilgocenia.
Z uwagi na te słabe punkty trociny powinny być spalane w pierwszej kolejności.
Wióry są, podobnie jak trociny, produktem ubocznym przemysłu drzewnego, powstającym
podczas skrawania i frezowania. Cechą charakterystyczną wiórów jest niska wilgotność
(5-15%). Zawierają niewielką ilość zanieczyszczeń.
-7-
Zrębki drzewne
Zrębki drzewne to rozdrobnione drewno w postaci długich na 5-50 mm ścinków
o nieregularnych kształtach. Są produkowane:
•
podczas pierwszego trzebienia drzewostanów, wierzchołków i innych pozostałości
po wyrębach,
•
podczas obrabiania kłód w tartakach,
•
na szybko rosnących plantacjach wierzby,
•
z odpadów drzewnych w dużych zakładach przetwarzających drewno.
Wartość opałowa zrębków wynosi 6-16 MJ/kg, wilgotność 20-60%, a zawartość popiołu,
którą zwiększa ewentualne zanieczyszczenie kamieniami, glebą i piachem stanowi od 0,6
do 1,5% suchej masy. Zrębki są doskonałym paliwem dla kotłów, wykorzystuje się je również
do produkcji płyt wiórowych i jako topnik w hutnictwie. Wadą tego paliwa jest wrażliwość na
zmiany wilgotności powietrza i podatność na choroby grzybowe. Długo magazynowane
zrębki powinny być co jakiś czas przewracane.
Kora to wartościowy pod względem energetycznym odpad przemysłu drzewnego, stanowiący
od 10 do 15% masy pozyskiwanego drewna. Część kory zostaje podczas obróbki drewna
przetworzona na trociny.
Brykiet drzewny
Brykiet drzewny to walec lub kostka, utworzona z suchego rozdrobnionego drewna,
sprasowanego pod wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących. Podczas
brykietowania wydziela się lignina, która po obniżeniu temperatury zastyga, spajając
surowiec w formie brykietu. Duże zagęszczenie materiału w stosunku do objętości sprawia,
że proces spalania brykietu zachodzi stopniowo i powoli.
Pelety drzewne
Pelety to produkowane z odpadów drzewnych - najczęściej z trocin i wiórów - długie na kilka
cm granulki o średnicy 6-25 mm . Granulat wytłacza się w prasie pod dużym ciśnieniem, bez
dodatku
substancji
klejących.
Pelety są
paliwem łatwym
do
najpraktyczniejszym w magazynowaniu i najwygodniejszym w eksploatacji.
-8-
transportowania,
Rośliny pochodzące z upraw energetycznych
Bogate w związki celulozowe i ligninowe rośliny energetyczne mogą być wykorzystywane do
produkcji energii cieplnej i energii elektrycznej oraz do wytwarzania paliw ciekłych i
gazowych. Rośliny energetyczne można spalać albo w całości, albo w formie
wyprodukowanego z nich brykietu czy pelet. Uprawy energetyczne umożliwiają
zagospodarowanie nisko produktywnych bądź zdegradowanych terenów rolniczych, co ma
niemałe znaczenie w naszym kraju.
Pożądane cechy roślin energetycznych to:
•
duży przyrost roczny,
•
wysoka wartość opałowa,
•
znaczna odporność na choroby i szkodniki oraz
•
stosunkowo niewielkie wymagania glebowe.
Wyróżniamy cztery podstawowe grupy roślin energetycznych:
1. rośliny uprawne roczne: zboża, konopie, kukurydza, rzepak, słonecznik, sorgo
sudańskie, trzcina;
2. rośliny drzewiaste szybkiej rotacji: topola, osika, wierzba, eukaliptus;
3. szybkorosnące, rokrocznie plonujące trawy wieloletnie: miskanty, trzcina, mozga
trzcinowata, trzcina laskowa;
4. wolnorosnące gatunki drzewiaste.
W Polsce jedną z najczęściej uprawianych roślin energetycznych jest wierzba wiciowa.
Jej uprawa w naszym kraju jest opłacalna ze względu na korzystne warunki klimatyczne.
W związku z dużym zainteresowaniem uprawami energetycznymi należy się jednak
spodziewać wprowadzania coraz to nowych gatunków roślin.
Rośliny energetyczne mają szczególną zdolność do akumulowania zanieczyszczeń w systemie
korzeniowym. Ich plantacja może w ciągu 15 lat oczyścić glebę z metali ciężkich.
Zanieczyszczenia te gromadzą się wyłącznie w korzeniach roślin, nie przenikają więc do
produktów spalania. Mimo to plantacje energetyczne mają również pewne wady:
powstawanie wielkoobszarowych monokultur jest niekorzystne dla środowiska, poza tym
uprawy energetyczne mogą prowadzić do ograniczenia lub wręcz eliminacji bioróżnorodności
i powodować wyjałowienie gleby.
-9-
Produkty i odpady rolnicze
Tak, jak uprawa roślin energetycznych umożliwia zagospodarowanie nieużytków rolnych, tak
wykorzystanie na cele energetyczne nadwyżek i odpadów produkcji rolnej zapobiega
marnotrawstwu żywności i rozwiązuje problem utylizacji odpadów. Słoma, siano, buraki
cukrowe, trzcina cukrowa, ziemniaki, rzepak czy zwierzęce odchody to cenne
z
energetycznego
punktu
widzenia
surowce.
Najbardziej
rozpowszechnione
jest
wykorzystywanie do celów energetycznych słomy.
Słoma
Słoma to dojrzałe lub wysuszone źdźbła roślin zbożowych, a także wysuszone rośliny
strączkowe, len czy rzepak. W energetyce znajduje zastosowanie słoma wszystkich rodzajów
zbóż oraz rzepaku i gryki, przy czym za szczególnie cenną uchodzi słoma żytnia, pszenna,
rzepakowa i gryczana. Słoma jest zasadniczo wykorzystywana jako pasza i podściółka
w hodowli zwierząt gospodarskich, do celów energetycznych wykorzystuje się zaś jej
nadwyżki. Z drugiej strony dużą wartość energetyczną ma zupełnie nieprzydatna w rolnictwie
słoma rzepakowa, bobikowa i słonecznikowa. Wykorzystanie nadwyżek słomy do celów
energetycznych pozwala uniknąć ich spalania na polach.
Słoma charakteryzuje się dużą objętością paliwa w stosunku do jednostki energetycznej,
niejednorodnością i zawartością części lotnych. Dlatego powstało wiele typów kotłów
przeznaczonych do spalania słomy:
1. używane do okresowego spalania całych bel słomy kotły wsadowe, najczęściej
zaopatrujące w energię cieplną gospodarstwa rolne, szklarnie, małe i średnie
przedsiębiorstwa oraz niewielką zabudowę mieszkaniową na wsiach,
2. kotły do spalania słomy rozdrobnionej, najczęściej obok kotłów wsadowych
wykorzystywane w Polsce,
3. kotły do spalania całych bel słomy, nie tak rozpowszechnione, jak kotły dwóch
poprzednich rodzajów, między innymi ze względu na małą odporność na
zawilgocenia.
Biogaz
czyli gaz wysypiskowy, to powstająca w wyniku fermentacji metanowej mieszanina gazów,
której głównym składnikiem jest metan. Biogaz wykorzystywany do celów energetycznych
- 10 -
zawiera ponad 40% metanu, zaś jego właściwości nie odbiegają od właściwości gazu
ziemnego. W energetyce wykorzystuje się biogaz powstający w wyniku fermentacji
•
odpadów organicznych na składowiskach odpadów,
•
odpadów zwierzęcych w gospodarstwach rolnych,
•
osadów ściekowych w oczyszczalniach ścieków.
Biopaliwa płynne
Do biopaliw płynnych zaliczamy:
•
oleje roślinne, np. olej rzepakowy,
•
bioolej otrzymywany przez poddanie biomasy szybkiej pirolizie,
•
biodiesel, czyli estryfikowany olej rzepakowy oraz
•
bioalkohole, wśród których największe znaczenie ma etanol.
Obecnie koszty produkcji olejów roślinnych nie pozwalają na ich szerokie wykorzystanie
w energetyce, trwają jednak próby wyhodowania roślin, których olej będzie wykorzystywany
wyłącznie do celów energetycznych.
Technologie wykorzystania biomasy
1. Spalanie
Spalanie jest najbardziej rozpowszechnioną i zarazem najprostszą formą pozyskiwania energii
z biomasy. W procesie spalania generuje się aż 90% energii, otrzymywanej na świecie
z biomasy, przy czym spalana może być biomasa we wszystkich stanach skupienia.
Efektywne i spełniające normy ochrony środowiska spalanie drewna powinno przebiegać
w trzech fazach:
•
suszenia i odgazowania materiału drzewnego, w wyniku czego powstaje gaz drzewny,
•
spalania gazu drzewnego w temperaturze 1200 ˚ C
•
dopalania gazu i oddawania ciepła w wymienniku.
Wysoka temperatura, dostęp tlenu i odpowiednio długi czas spalania pozwalają utrzymać
niski poziom emisji tlenku węgla (CO) i węglowodorów, poza tym dzięki tym czynnikom
w popiele pozostaje niewielka ilość niedopalonego węgla. Do ekologicznego, efektywnego
spalania biomasy w celu pozyskiwania energii służą specjalnie skonstruowane kotły.
- 11 -
2. Gazyfikacja, piroliza i kogeneracja
Gazyfikacja biomasy to poprzedzający spalanie w kotłach i silnikach proces przetwarzania
biopaliw stałych w gaz. Podobnie jak spalanie, gazyfikacja jest zachodzącym w wysokiej
temperaturze procesem, którego produktem jest gaz, który dopiero po spaleniu dostarcza
energii cieplnej. Poza wytwarzaniem ciepła, gaz ten może być wykorzystywany także w
kuchenkach gazowych oraz w turbinach i maszynach. Proces gazyfikacji polega na
częściowym spaleniu biomasy w temperaturze około 1200-1400
o
C w warunkach
ograniczonego dostępu powietrza bądź tlenu. Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka
efektywność, wynosząca ok. 35%.
Piroliza to prowadzony w temperaturze ponad 600 st. C i bez dostępu powietrza proces
rozszczepiania cząsteczek związków chemicznych o dużej masie cząsteczkowej na cząsteczki
mniejsze.
Będąca wstępem do procesów spalania i gazyfikacji piroliza to technologia, która znajduje się
dopiero we wczesnym stadium rozwoju. Jej produktem jest ciekłe biopaliwo zwane bioolejem
lub olejem pirolitycznym, będące złożoną miksturą utlenionych węglowodorów. Zaletą
pirolizy jest większa niż w przypadku spalania i gazyfikacji łatwość transportowania produktu
wyjściowego. Piroliza jest złożonym procesem, a właściwości jej produktu zależą od
wysokości temperatury, od tego jak długo poddawano materiał jej działaniu, od obecności
wody, tlenu i gazów, a także od cech poddanego pirolizie surowca.
3. Kogeneracja
Kogeneracja to skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej, powodujące mniejsze
niż proces oddzielnej produkcji elektryczności i ciepła zużycie paliwa oraz mniejszą emisję
substancji szkodliwych. Kogeneracja jest więc korzystna zarówno ze względów
termodynamicznych, jak i z ekonomicznego czy ekologicznego punktu widzenia.
Produkcję energii w skojarzeniu można stosować wszędzie tam, gdzie równocześnie
występuje zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną. Rodzaj zastosowanej technologii
zależy przy tym od rodzaju wybranego paliwa. Podstawowe elementy układu, opartego na
słomie to kocioł parowy z podgrzewaczem pary, turbina parowa i generator energii
elektrycznej. Rozdrobnione w systemie obróbki wstępnej paliwo podawane jest najpierw do
śluzy ogniowej, a następnie podajnikiem ślimakowym na ruszt schodkowy, gdzie następuje
- 12 -
spalanie. Para, która podczas spalania powstaje w kotle, jest dostarczana do turbiny parowej.
Ostatni element systemu skojarzonego to podłączony do sieci przemysłowej generator.
Całkowita sprawność systemu wynosi 86%, zaś powstające w procesie spalania gazy są przed
uwolnieniem do atmosfery przepuszczane przez filtr, który zatrzymuje aż 99% lotnego
popiołu.
W krajach Unii Europejskiej systemy skojarzone oparte na biomasie nie są zbyt
rozpowszechnione. Do wyjątków należą w tym względzie państwa skandynawskie.
4. Procesy biochemiczne
Niektóre formy biomasy zawierają zbyt dużo wody, by można było skutecznie poddawać je
spalaniu. Ich wykorzystanie na cele energetyczne jest jednak możliwe dzięki procesom
biochemicznym, na przykład fermentacji.
Fermentacja alkoholowa to proces rozkładu węglowodanów, zachodzący po dodaniu drożdży
i zapewnieniu warunków beztlenowych. Produktem tego rodzaju fermentacji jest alkohol.
W procesie fermentacji alkoholowej powstaje najpopularniejsze biopaliwo płynne –
bioetanol, stanowiący 90% wszystkich stosowanych biopaliw ciekłych. Bioetanol
wykorzystuje się najczęściej w charakterze domieszki do benzyny, stanowiącej od 5 do 10%
paliwa. Jest on jednak stosowany również jako samodzielne paliwo.
Innym procesem biochemicznym wykorzystywanym do produkcji biopaliw płynnych jest
estryfikacja oleju. Polega ona na przemianie oleju zawierającego metanol w estry metylowe.
Tak powstaje biodiesel, biopaliwo płynne, które podobnie jak etanol może być
wykorzystywane bądź samodzielnie, bądź też w charakterze dodatku do paliw tradycyjnych.
Biodiesel to biopaliwo płynne, którego sprzedaż wzrasta obecnie najszybciej.
Fermentacja metanowa to następujący przy ograniczonym dostępie tlenu proces rozkładu
wielkocząsteczkowych substancji organicznych (węglowodanów, białka, tłuszczów i ich
pochodnych) do alkoholi lub niższych kwasów organicznych, a także metanu, dwutlenku
węgla i wody. Produktem finalnym fermentacji metanowej jest biogaz – mieszanina gazów,
składająca się głównie z metanu i dwutlenku węgla, a także z niewielkich ilości
siarkowodoru, amoniaku, azotu, tlenku węgla, tlenu, wodoru i tioli. Produkty w stanie stałym
to trudnorozkładalne bądź nierozkładalne osady oraz biomasa bakteryjna. Do celów
energetycznych wykorzystywana jest fermentacja takich substancji organicznych, jak
- 13 -
odchody zwierzęce, odpady przetwórstwa spożywczego, odpady komunalne na wysypiskach i
osady, wytrącone w oczyszczalniach ścieków.
Zalety i wady wykorzystania biomasy
Biomasa to nieszkodliwe dla środowiska, odnawialne źródło energii. Jej największą zaletą
jest zerowy bilans emisji dwutlenku węgla, uwalnianego podczas spalania biomasy, a także
niższa niż w przypadku paliw kopalnych emisja dwutlenku siarki, tlenków azotu i tlenku
węgla. Spalenie drewna opałowego przyczynia się jedynie do emisji 0,202 kg tlenków azotu,
zaś współczynnik emisji podtlenku azotu i dwutlenku węgla jest równy zeru.
Wykorzystanie biomasy jest korzystne z punktu widzenia ochrony środowiska nie tylko
ze względu na zmniejszoną emisję zanieczyszczeń. Pozyskując energię z biomasy
zapobiegamy marnotrawstwu nadwyżek żywności, zagospodarowujemy odpady produkcyjne
przemysłu leśnego i rolnego, utylizujemy odpady komunalne. Dodatkową korzyścią,
wynikającą z wykorzystania biogazu jest fakt, że woń rozkładających się na wysypisku
opadów traci na intensywności, a stan środowiska naturalnego w pobliżu wysypiska ulega
znacznej poprawie.
Zasoby biomasy są dostępne na całym świecie. Jako źródło energii elektrycznej biomasa jest
mniej zawodna niż – na przykład - energia wiatru czy energia Słońca. Uprawy na cele
energetyczne pozwalają też zagospodarować nieużytki rolne i rekultywować tereny
poprzemysłowe. Wykorzystanie biomasy ma także pozytywne skutki społeczne, gdyż
wzrastający popyt na produkty rolne przyczynia się do powstawania koniunktury
i do tworzenia nowych miejsc pracy na wsi.
To posiadające tak wiele zalet źródło energii ma jednak także pewne wady, wśród których
można wymienić:
•
stosunkowo małą gęstość surowca, utrudniającą jego transport, magazynowanie
i dozowanie,
•
szeroki przedział wilgotności, utrudniający przygotowanie biomasy do wykorzystania
jej w celach energetycznych,
•
mniejszą niż w przypadku paliw kopalnych wartość energetyczną surowca
•
fakt, że niektóre odpady są dostępne tylko sezonowo.
- 14 -
Rośliny energetyczne
Zwiększenie wykorzystania biomasy pochodzącej z upraw energetycznych wymaga
utworzenia całego systemu obejmującego produkcję, dystrybucję i wykorzystanie biomasy.
Tak więc działania powinny być ukierunkowane nie tylko na zakładanie plantacji, ale również
na zorganizowanie systemu magazynowania i dystrybucji paliwa oraz zapewnienie
efektywnego wykorzystania biomasy. Biomasa pochodząca z plantacji roślin energetycznych
może być przeznaczona do produkcji energii elektrycznej lub cieplnej, a także do
wytwarzania paliwa ciekłego lub gazowego. Uprawa roślin energetycznych może przyczynić
się do powstawania nowych miejsc pracy oraz tworzenia lokalnych niezależnych rynków
energii.
Rośliny energetyczne powinny charakteryzować się dużym przyrostem rocznym, wysoką
wartością opałową, znaczną odpornością na choroby i szkodniki oraz stosunkowo niewielkimi
wymaganiami glebowymi. Niezwykle istotną sprawą jest również możliwość mechanizacji
prac agrotechnicznych związanych z zakładaniem plantacji oraz zbieraniem plonu. Uprawa
roślin energetycznych może być średnio użytkowana przez okres 15-20 lat.
Rośliny energetyczne uprawiane w Polsce:
•
wierzba wiciowa
•
ślazowiec pensylwański
•
słonecznik bulwiasty
•
róża wielokwiatowa
•
rdest sachaliński
•
trawy wieloletnie, m.in. miskant olbrzymi, miskant cukrowy, spartina preriowa,
palczatka Gerarda
Wierzba wiciowa
Jedną z roślin najczęściej stosowanych na plantacjach energetycznych jest wierzba wiciowa,
a dokładnie jej szybkorosnące odmiany. Wierzba wiciowa jest rośliną krzewiastą. Materiałem
sadzeniowym do zakładania plantacji energetycznych są zrzezy długości 25 cm i średnicy
- 15 -
powyżej 7 mm . Plantację prowadzi się w cyklu jedno, dwu lub trzyletnim. Zbioru dokonuje
się od połowy listopada do końca marca. Wierzba może być uprawiana na różnych typach
gleb, najistotniejsze jest dobre nawodnienie.
Ślazowiec pensylwański
Roślina ta wywodzi się z subtropikalnych stref kuli ziemskiej. Rośnie w postaci kęp o silnym
systemie korzeniowym i wykształca od kilku do kilkunastu łodyg o średnicy od 5-35 mm
i wysokości ponad 3,5 metra. Plantacje ślazowca mogą być eksploatowane przez okres 15-20
lat. Ślazowiec rozmnaża się z sadzonek korzeniowych, rzadziej z nasion. Roślina ta może być
uprawiana na glebach wszystkich klas z wyjątkiem VI, o odczynie obojętnym, dopuszczalnie
lekko kwaśnym. Pole przeznaczone pod uprawę musi być wolne od chwastów. Plonem
użytkowym pozyskiwanym corocznie są zdrewniałe i zaschnięte łodygi. Zbioru biomasy
dokonuje się w zależności od regionu od lutego do kwietnia.
Słonecznik bulwiasty
Pochodzący z Ameryki Północnej słonecznik bulwiasty jest blisko spokrewniony ze
słonecznikiem zwyczajnym. Jego uprawa może być prowadzona przez 15-20 lat.
Rozmnażanie odbywa się przez sadzenie bulw. Słonecznik bulwiasty rośnie w postaci
pojedynczych łodyg i osiąga wysokość do 4 metrów. Zbiór dokonywany jest pod koniec
zimy. Bulwy można przeznaczyć do produkcji etanolu lub biogazu. Natomiast zeschnięte na
pniu części nadziemne, mogą służyć do bezpośredniego spalania, produkcji brykietów lub
pelet.
Rdest sachaliński
Rdest sachaliński pochodzi z Azji wschodniej. Jest to roślina bardzo szybko rosnąca.
Plantację tego gatunku można użytkować przez okres około 15 lat. Wysokie plony uzyskuje
się na glebach rolniczych, dobrze uwodnionych. Zasychanie łodyg następuje w miesiącach
zimowych, a zbioru dokonuje się w miesiącach luty-kwiecień.
Miskant olbrzymi
Jest to gatunek trawy pochodzący z Azji centralnej i południowo-wschodniej. Jest to roślina
wieloletnia o stosunkowo małych wymaganiach glebowych i wyróżniająca się dużą produkcją
suchej masy. Miskant rozrasta się w formie dużych kęp, z których wyrasta po kilkadziesiąt
łodyg trzcinowych o wysokości 2,5 do 3,5 metra. Gatunek ten jest wrażliwy na ujemne
temperatury, szczególnie w pierwszym roku po posadzeniu. Biomasa miskanta ma szerokie
zastosowanie: może służyć jako źródło energii, surowiec do produkcji materiałów
- 16 -
budowlanych, papieru i materiałów rolniczych. Uprawiany na terenach skażonych
zanieczyszczeniami przemysłowymi rekultywuje glebę, chroni ją przed wymywaniem
składników pokarmowych i wypłukiwaniem związków próchnicznych.
Następnym etapem naszej wycieczki było zwiedzanie zabytkowej zabudowy Fromborka,
a w szczególności Wzgórza Katedralnego. Spotkaliśmy tam sympatyczną panią przewodnik,
która pokazała nam najciekawsze zabytki Fromborka.
Do Reszla powróciliśmy po godzinie ósmej wieczorem. Zmęczeni, lecz z uśmiechem na
ustach powróciliśmy do domów. Przywieźliśmy ze sobą nie tylko wiele pamiątek, lecz także
nowe, ciekawe doświadczenia. Wyprawa ta przybliżyła nam metody pozyskiwania energii
z biomasy, jej wady, zalety i rosnące znaczenie w przemyśle energetycznym. Zebrane
w czasie tej wyprawy doświadczenia pomogły nam zrozumieć, jak ważną rolę w życiu
każdego człowieka pełnią bogactwa naturalne Ziemi.
Nasza wyprawa obfitowała w wiele miłych chwil, które jeszcze długo będziemy wspominać
z wielkim sentymentem. To świetny dowód na to, że możliwe jest łączenie przyjemnego
z pożytecznym.
W czasie pisania tej pracy korzystałam głównie z zasobów serwisu edukacyjnego
www.biomasa.org. oraz materiałów otrzymanych na wycieczce od kierowników zwiedzanych
zakładów.
Paulina Pieniak
członek koła ekologicznego „Ekozespoły”
Gimnazjum nr 1 w Reszlu
- 17 -