Wraz ze zmianami klimatycznymi i wyczerpywaniem się paliw kopalnych rośnie zapotrzebowanie na czyste i odnawialne źródła energii. Jednym z nich jest bioenergia pochodząca z biomasy. Energia ta stanowi elastyczny i ekologiczny substytut tradycyjnych źródeł energii, wykorzystując moc materiałów organicznych do wytwarzania paliwa, energii elektrycznej i ciepła.
Czym jest biomasa?
Biomasa to materia organiczna pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, która może być wykorzystywana do produkcji energii. Typowymi źródłami biomasy są drewno, odpady żywnościowe, pozostałości rolnicze, a nawet algi. Ludzie wykorzystują biomasę do produkcji energii od czasów, gdy nasi najdawniejsi przodkowie spalali drewno do ogrzewania i gotowania. Obecnie biomasa jest wykorzystywana głównie do wytwarzania energii elektrycznej i ogrzewania.
Według Międzynarodowej Agencji Energii (MAE) udział nowoczesnej bioenergii w latach 2010-2022 wzrósł średnio o prawie 3% rocznie, przy czym tendencja wzrostowa nadal się utrzymuje. Obecnie bioenergia stanowi około 6% światowej podaży energii i 55% energii odnawialnej, co czyni ją największym źródłem energii odnawialnej. Biorąc pod uwagę dążenie do osiągnięcia zerowej emisji netto do 2050 r., oczekuje się, że do 2030 r. bioenergia szybko zastąpi paliwa kopalne.
5 głównych źródeł biomasy
1. Drewno i produkty rolne: biomasa pochodząca z lasów, upraw rolnych i pozostałości. Przykłady: kłody drewna, zrębki, słoma, słoma kukurydziana.
2. Odpady stałe: materiały organiczne znajdujące się w stałych odpadach komunalnych. Przykłady: resztki żywności, papier, karton.
3. Gaz wysypiskowy i biogaz: gazy powstające w wyniku beztlenowego rozkładu materii organicznej na składowiskach odpadów i w komorach fermentacyjnych. Przykłady: metan z wysypisk odpadów, biogaz z odchodów zwierzęcych.
4. Paliwa alkoholowe: paliwa pochodzące z fermentacji cukrów występujących w roślinach. Przykłady: etanol z kukurydzy, biodiesel z soi.
5. Biomasa wodna: biomasa pochodząca z roślin wodnych i glonów. Przykłady: mikroalgi, wodorosty.
Czy biomasa jest czystym źródłem energii?
Ponieważ biomasa składa się z materiałów pochodzących z żywych organizmów, takich jak rośliny i zwierzęta, jest zaliczana do materiałów organicznych. Powszechne zasoby biomasy wykorzystywane do produkcji energii obejmują rośliny, drewno i pozostałości rolnicze. Biomasa jest powszechnie uważana za czyste, odnawialne źródło energii. Jej odnawialność zależy jednak od sposobu jej zagospodarowania. Jak czytamy w artykule National Geographic, surowce z biomasy mogą stać się nieodnawialne, jeśli nie są uzupełniane tak szybko, jak są zużywane. Energia zawarta w biomasie pochodzi z energii słonecznej, którą rośliny pozyskują w procesie fotosyntezy, przekształcając dwutlenek węgla i wodę w węglowodany. Energia zmagazynowana w roślinach może zostać przekształcona w użyteczną energię na kilka sposobów. Biomasa może być spalana bezpośrednio w celu wytworzenia ciepła, przekształcana bezpośrednio w energię elektryczną lub przetwarzana na biopaliwo, które jest pośrednią formą energii.
„Biomasa to integralna część obiegu węgla na Ziemi. Obieg węgla to proces, w którym węgiel jest wymieniany między wszystkimi warstwami Ziemi: atmosferą, hydrosferą, biosferą i litosferą”.
Biomass Energy, National Geographic Education
Źródła, sposób przetwarzania i zastosowania biomasy decydują o tym, czy można ją zakwalifikować jako czystą energię. Jeśli biomasa jest pozyskiwana w sposób odpowiedzialny i wykorzystywana w sposób wydajny, może być czystszym źródłem energii. Jeśli jednak jest nieprawidłowo przetwarzana, biomasa może przyczyniać się do zanieczyszczenia i degradacji środowiska.
Konwersja biomasy w bioenergię
Biomasa może być przetwarzana na bioenergię w różnych procesach:
- Spalanie: bezpośrednie spalanie biomasy celem wytworzenia ciepła, które może być wykorzystane do produkcji energii elektrycznej.
- Zgazowanie: przekształcanie biomasy w gaz syntezowy (mieszanina tlenku węgla, wodoru i metanu) poprzez przetwarzanie w wysokiej temperaturze.
- Piroliza: rozkład biomasy w wysokich temperaturach bez dostępu tlenu, prowadzący do powstania biooleju, gazu syntezowego i węgla drzewnego.
- Trawienie beztlenowe: rozkład materii organicznej przez bakterie w środowisku pozbawionym tlenu, podczas którego powstaje biogaz (głównie metan i dwutlenek węgla).
- Fermentacja: mikrobiologiczna konwersja biomasy w alkohole, takie jak etanol i butanol.
Elektrownie na biomasę
Para wytwarzana podczas spalania materii roślinnej lub zwierzęcej w komorze spalania zasila elektrownię na biomasę. Wykorzystując biomasę, która jest wytwarzana w sposób odpowiedzialny, elektrownie te przyczyniają się do znacznego zmniejszenia zależności od paliw kopalnych i pomagają łagodzić zmiany klimatyczne. Oto opis działania elektrowni na biomasę krok po kroku:
- Przygotowanie i dostawa paliwa: Gromadzenie, przechowywanie i przetwarzanie materiałów, takich jak zrębki drzewne, pozostałości rolnicze i odpady organiczne w celu zapewnienia ich jednolitego rozmiaru i wilgotności.
- System podawania paliwa: Do transportu przetworzonej biomasy do komory spalania wykorzystywane są przenośniki. Mechanizm podający reguluje szybkość podawania biomasy w celu utrzymania idealnych warunków spalania.
- Spalanie i zgazowanie: Biomasa jest spalana i w ten sposób wytwarzane jest ciepło, które generuje parę. Alternatywnie, w procesie wysokotemperaturowym biomasa jest przekształcana w syngaz (mieszaninę gazów). Następnie syngaz jest spalany do produkcji ciepła w turbinach lub silnikach.
- Wytwarzanie pary: Kotły i wymienniki ciepła wykorzystują ciepło ze spalania lub gazyfikacji do zamiany wody w parę pod wysokim ciśnieniem. Tak wytworzona para zasila turbiny podłączone do generatorów elektrycznych.
- Wytwarzanie energii elektrycznej: Turbina parowa przekształca energię cieplną pary w energię mechaniczną, która następnie napędza generator w celu wytworzenia prądu elektrycznego.
- Utylizacja i recykling odpadów: Wszelkie inne pozostałości po spalaniu biomasy są zbierane i utylizowane lub ponownie wykorzystywane w rolnictwie lub budownictwie. Dodatkowo część pary może zostać odzyskana z turbiny i wykorzystana jako paliwo. Proces ten znany jest jako kogeneracja.
Rola biomasy w sektorze energii odnawialnej
Biomasa to zrównoważone źródło energii, które przyczynia się do zmniejszenia zależności od paliw kopalnych i obniżenia emisji gazów cieplarnianych. Przepisy unijne stanowią, że „biomasa do produkcji energii musi być produkowana, przetwarzana i wykorzystywana w sposób zrównoważony i wydajny, aby zmaksymalizować redukcję emisji gazów cieplarnianych i chronić ekosystem”. Biomasa odgrywa szereg ról w produkcji energii odnawialnej:
1. Zróżnicowana produkcja energii
Energia z biomasy może być przetwarzana na różne formy, takie jak ciepło, energia elektryczna i paliwa płynne. Jej adaptowalność czyni ją użyteczną częścią mieszanki odnawialnych źródeł energii. Podstawowymi metodami produkcji bioenergii są:
- Heat Production: Heating homes, businesses, and district heating systems through the direct burning of biomass materials like wood and agricultural waste. As per IEA, buildings can get low-temperature heat from biomass combustion systems, up to 100°C, for heating (e.g. central heating systems of a building or a heating grid) and hot water supply.
- Wytwarzanie energii elektrycznej: Elektrownie spalające biomasę wytwarzają energię za pomocą metod takich jak bezpośrednie spalanie, zgazowanie lub fermentacja beztlenowa. Elektrownie te wytwarzają stałą, niezawodną energię elektryczną, gdy są wykorzystywane jako źródła zasilania podstawowego.
- Biopaliwa: Biomasa jest przetwarzana do produkcji paliw płynnych, takich jak etanol i biodiesel, które mogą być wykorzystywane w transporcie, zmniejszając zależność od paliw ropopochodnych.
2. Zarządzanie odpadami i ich wykorzystanie
Energia z biomasy odgrywa kluczową rolę w zarządzaniu odpadami organicznymi i ich wykorzystaniu, zmniejszając tym samym ilość odpadów trafiających na wysypiska i minimalizując emisję metanu. Przekształcając pozostałości rolne, odpady żywnościowe i inne organiczne produkty uboczne w energię, tworzy się bardziej zrównoważony system gospodarki odpadami i wspiera gospodarkę o obiegu zamkniętym.
3. Neutralność węglowa i łagodzenie zmian klimatu
Energia z biomasy jest często uznawana za neutralną pod względem emisji dwutlenku węgla, ponieważ CO₂ pochłaniane przez rośliny podczas ich wzrostu równoważy CO₂ uwalniane podczas spalania biomasy. Ten zamknięty obieg węgla skutkuje niższą emisją gazów cieplarnianych netto w porównaniu z paliwami kopalnymi, przyczyniając się tym samym do łagodzenia zmian klimatycznych.
4. Rozwój obszarów wiejskich i korzyści ekonomiczne
Projekty energetyczne wykorzystujące biomasę mają potencjał do stymulowania rozwoju gospodarczego na obszarach wiejskich poprzez tworzenie miejsc pracy i generowanie nowych źródeł dochodów dla rolników i właścicieli gruntów. Działania takie jak produkcja, zbieranie, przetwarzanie i transport biomasy przyczyniają się do rozwoju lokalnej gospodarki i poprawy infrastruktury.
5. Bezpieczeństwo energetyczne i dywersyfikacja
Biomasa zwiększa bezpieczeństwo energetyczne poprzez dywersyfikację źródeł energii, wzmacniając tym samym odporność systemów energetycznych i zmniejszając zależność od importowanych paliw kopalnych. W regionach obfitujących w zasoby leśne i rolne biomasa może służyć jako niezawodne źródło energii.
6. Wspieranie pozostałych odnawialnych źródeł energii
Biomasa jest uzupełnieniem pozostałych odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i słońce, zapewniając dyspozycyjne i stabilne dostawy energii. Dzięki temu biomasa może wypełniać luki, gdy zmienne źródła odnawialne nie wytwarzają energii elektrycznej. Elektrownie na biomasę mogą więc działać w sposób ciągły i dostosowywać produkcję do zapotrzebowania, wspierając tym samym stabilność sieci. Według MAE wykorzystując kogenerację (jednoczesne wytwarzanie ciepła i energii) można znacznie zwiększyć ogólną wydajność systemu osiągając poziom nawet 90%.
Biomasa i jej wpływ na środowisko
Bioenergia z biomasy stanowi zrównoważone źródło energii o znaczących korzyściach dla środowiska. Biomasa jest uważana za materiał neutralny pod względem emisji CO2, ponieważ dwutlenek węgla pochłaniany podczas jej wzrostu równoważy dwutlenek węgla uwalniany podczas spalania. Redukcja emisji gazów cieplarnianych netto przyczynia się do spowolnienia tempa zmian klimatycznych. Co więcej, wykorzystanie odpadów organicznych i pozostałości rolniczych do produkcji energii pomaga zmniejszyć emisję metanu i zminimalizować konieczność składowania odpadów na wysypiskach.
Energia z biomasy zwiększa bezpieczeństwo energetyczne poprzez dywersyfikację dostaw energii i zmniejszenie zależności od paliw kopalnych, szczególnie w regionach bogatych w zasoby biomasy. Wspiera ponadto rozwój obszarów wiejskich, zapewniając rolnikom i właścicielom gruntów dodatkowe dochody i możliwości zatrudnienia. Produkcja energii z biomasy wiąże się jednak z pewnymi wyzwaniami. Zrównoważone zarządzanie zasobami ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania wylesianiu i degradacji gleby, a emisje ze spalania biomasy mogą przyczyniać się do zanieczyszczenia powietrza. Istnieją również obawy dotyczące rywalizacji o grunty między uprawami energetycznymi a uprawami spożywczymi, co może potencjalnie wpływać na bezpieczeństwo żywnościowe.
Aby zmaksymalizować korzyści z wykorzystania biomasy, konieczne jest priorytetowe traktowanie jej zrównoważonego pozyskiwania i stosowanie wydajnych technologii konwersji. Przepisy, które promują zrównoważone praktyki i zachęcają do przyjmowania zaawansowanych technologii, mogą rozwiązać problemy środowiskowe związane z wykorzystaniem biomasy. Dzięki rozważnemu gospodarowaniu biomasa może znacząco przyczynić się do czystszej i bardziej zrównoważonej przyszłości energetycznej. To z kolei obejmuje przeciwdziałanie zmianom klimatycznym i promowanie ogólnej równowagi środowiskowej.
Polecane produkty
Zapewnienie bezpieczeństwa pracowników elektrowni na biomasę nie jest łatwe. Aby zapobiegać ryzyku urazów i chorób, przedstawiamy niektóre ze środków ochrony indywidualnej (ŚOI), odpowiednie do zastosowania w tej branży.
Detektor gazów palnych, KPS
Detektor gazów palnych przeznaczony do wykrywania gazu ziemnego, metanu, etanu, propanu, butanu, acetonu, alkoholu, amoniaku, pary wodnej, tlenku węgla, benzyny, paliwa lotniczego, wodoru, rozpuszczalników, rozcieńczalnika do lakierów i benzyny ciężkiej.
Maska pełnotwarzowa wielokrotnego użytku, 3M
Lekka, wygodna i łatwa w użyciu pełnotwarzowa maska wielokrotnego użytku. W połączeniu z odpowiednimi filtrami cząstek stałych lub wkładami 3MTM pomaga chronić układ oddechowy przed cząstkami stałymi, a także szeregiem gazów i oparów.
Czujniki gazów palnych, FIGARO
Półprzewodnikowy czujnik gazu wyróżnia się długą żywotnością, niskim zużyciem energii i niezwykle wysoką czułością na metan.
