BIOMASA I BIOGORIVA Biomasa je ugljik neutralno gorivo

BIOMASA I BIOGORIVA

Biomasa je ugljik neutralno gorivo, izgaranjem emitira CO 2 koliko ga je potrošilo tijekom rasta, fotosintezom. Fotosinteza je prirodni proces u biljkama pri kojem pod utjecajem Sunčeve svjetlosti od CO 2 iz atmosfere i vode, nastaju organski spojevi (biomasa) uz oslobađanje kisika. Energija Sunčevog zračenja se pretvara u kemijsku energiju sadržanu u biljkama. Fotosintezu uzrokuje samo vidljivi dio spektra 0, 4 -0, 7 m (43% upadnog zračenja) CO 2+H 2 O CH 2 O+O 2 (uz pomoć klorofila u listovima koji apsorbiraju Sunčevo zračenje nastaju šećeri i dr. organski spojevi +kisik) Za 1 mol CO 2 u procesu fotosinteze potrebna energija 470 k. J, a u biljci se apsorbira samo 80 % Sunčeve energije, teorijska učinkovitost procesa je oko 10 %, ali pošto se noću u procesu fotorespiracije – disanja, potroši oko 30 % proizvoda nastalih fotosintezom, učinkovitost pada ispod 7%, a stvarna i ispod 0, 2 %. Posebnim uzgojem učinkovitost može ići do 6%. Godišnje na Zemlji procesom fotosinteze se proizvede 2 x 10 11 t organske tvari, nekoliko puta više od energetskih svjetskih potreba.

� Biomasa je jedini OIE koji se može promatrati kao energent sa svojim derivatima � Korištenje biomase je ograničeno kriterijima održivosti, sprječavanje erozije tla � Energija iz biomase se može skladištiti � Primarna energija iz biomase se može iskoristiti dalje od mjesta nastanka � Proizvodnja energije biomase omogućuje kontinuirani proces sličan kao kod konvencionalne energije. � Korištenje energije iz biomase može donijeti naviše koristi za lokalnu zajednicu UPOTREBA BIOMASE UVJETOVANA JE: VALIKIM SADRŽAJEM VLAGE, MALOM AKUMULIRANOM ENERGIJOM, VISOKI TROŠKOVI TRANSPORTA, VEĆI PROSTOR SKLADIŠTENJA, STUPANJ KORISNOSTI 72 -78 % (1 -10 MWh), (KORISTI GORNJU OGRJEVNU VRIJEDNOST GORIVA Hg U KONDENZACIJSKIM SUSTAVIMA ISKORISTIVOST 92 -115 %)

� RAZNOLIKOST BIOMASE � U nekim područjima je biomasa i najveći izvor energije kao što je to slučaj u Brazilu, gdje je zastupljena pretvorba šećerne trske u etanol ili pak u kineskoj pokrajini Sečuan, gdje se gorivo proizvodi iz gnojiva. � Za neka područja u svijetu je tipična uporaba određenih izvora biomase u proizvodnji goriva, u SAD-u su za sada najviše zastupljeni kukuruz, visoka prerijska trava i soja, dok Europa u proizvodnji biogoriva koristi uljanu repicu, pšenicu i šećernu repu, sve više brzorastuće biljke � U jugoistočnoj Aziji prednost ima palmino ulje, a u Kini sirak i manioka.

� Kruta biomasa je najčešće upotrebljavana direktno kao sagorljivo gorivo, proizvodeći 10 -20 MJ/kg topline. � Njeni oblici i izvori sadrže gorivo dobiveno iz drva, biogeni udio iz komunalnog krutog otpada ili neiskorišteni udio ratarskih kultura. � Ratarske kulture mogu ali i ne moraju se uzgajati namjerno kao energetski usjev, a ostatak biljke se upotrebljava kao gorivo. Većina vrsta biomase sadrže energiju. � Čak i kravlje gnojivo sadrži dvije trećine izvorne energije koju je krava upotrijebila. Sakupljanje energije pomoću bioreaktora je isplativije rješenje za raspolaganje otpadom s kojim su suočeni mljekari i moguće je proizvesti dovoljno bioplina za pokretanje takve farme. � S trenutnom tehnologijom, ono nije idealno prikladno za uporabu kao transportno gorivo. � Motori transportnih vozila zahtijevaju čisto sagorljivo biogorivo koje je obično u tekućem obliku, visoke energetske gustoće da mogu biti pumpana, što omogućava lakše rukovanje.

�U 19. stoljeću, parni motori pogonjeni izgaranjem drva bili su česti, doprinoseći tako zagađenosti zraka u industrijskoj revoluciji. � Ugljen je oblik biomase koji se komprimirao tisućljećima za proizvodnju neobnovljivog, visoko zagađujućeg fosilnog goriva. � Drvo i njegovi nusprodukti mogu biti pretvoreni kroz procese poput: 1. rasplinjavanja u biogoriva kao što su: plin dobiven iz drva, bioplin (rasplinjavanje vrućom parom i kisikom) 2. metanolno ili etanolno gorivo; daljnje razvijanje može zahtijevati da se te metode učine dostupnima i praktičnima.

� (otpadnog drveta, zamjenjuje ugljen), proizvodi se bioplin, ugljik djelomično oksidira pri temp. preko 1200 0 C – dobiva se metan, CO, H 2, goriva vrijednost 4 -6 MJ/Nm 3 = 40 -60 MJ/kg topline koja se koristi u plinskim i parnim postrojenjima. � Rasplinjavanje obuhvaća: sušenje, pirolizu, oksidaciju i redukciju proizvedenog plina. � Tehnologije rasplinjavanja drvnih ostataka: u cirkuliarjućem fluidiziranom sloju CFB i integrirano rasplinjavanje u kombiniranom ciklusu IGCC � Sredstvo rasplinjavanja: -> zrak (energetska vrijednost plina metana, od 4 do 6 MJ/Nm 3 ) -> kisik (energetska vrijednost plina od 15 do 20 MJ/Nm 3) � Rasplinjavanjem ugljena dobiva se: metan i bioplin za plinske turbine � Efikasnost u proizvodnji el. energije 50 %, cijena 6 Eur/MWh (0, 045 kn/k. Wh)

Biogoriva su tekuća ili plinska goriva proizvedena iz biomase, proizvedena neposredno iz biljaka ili posredno iz industrijskog, komercijalnog, domaćeg i poljoprivrednog otpada. � Postoje tri osnovne metode proizvodnje biogoriva. � Prva se temelji na spaljivanju suhog organskog otpada kućanskog otpada, industrijskog i poljoprivrednog otpada, slame, drva i tresetanastaje bioplin (rasplinjavanje vrućom parom i kisikom), � fermentacija mokrog otpada (gnojiva životinjskog podrijetla) bez prisutnosti kisika kako bi se proizvelo biogorivo sa čak 60% (piroliza i likvefakcija u metanol) � fermentacija šećerne trske i kukuruza ili u šumarstvu, uzgojem brzorastućeg drveća, kako bi se proizveo alkohol i esteri (šećer se uz prisustvo mikroorganizama pretvara u alkohol). Najčešće se koriste u mješavini s fosilnim gorivima za što je potrebno prilagođavanje strojeva. �

� Biogorivo proizvedeno u poljoprivredi, poput biodiesela, etanola ili bioplina (često kao nusprodukt kultivirane šećerne trske) mogu biti sagorena u motorima SUI ili bojlerima. � Uobičajeno je da biogorivo sagorijeva kako bi oslobodilo pohranjenu kemijsku energiju u sebi.

PRVA GENERACIJA BIOGORIVA nastaje iz različitih biljnih i životinjskih tvari, iz šećera, škroba, biljnih ulja ili životinjskih masti. Najpoznatije vrste prve generacije biogoriva su: etanol, biodiesel i bioplin. ETANOL Etilni alkohol ili etanol, C 2 H 5 OH, je prozirna, bezbojna tekućina, specifičnog okusa i karakterističnog ugodnog mirisa. Najčešće se nalazi u alkoholnim pićima. Najstariji način proizvodnje etanola je fermentacija šećera s kvascem 24 -72 h. Zbog niske temperature ledišta korišten je kao tekućina u termometrima na temperaturi ispod -40 °C, te kao antifriz u automobilima. Etanol je najčešće koncentriran destilacijom razrijeđene otopine. Etanol koji se koristi u komercijalne svrhe sadrži 95% etanola i 5% vode. Ovaj ostatak vode se može oduzeti pomoću određenog enzima te na taj način nastaje apsolutni etanol. Temperatura na kojoj se etanol počinje topiti je -114. 1 °C, temperatura vrelišta iznosi 78. 5 °C. Sva alkoholna pića i više od polovice industrijskog etanola još se uvijek dobiva na isti način. Škrob koji se nalazi u krumpiru, kukuruz i ostale žitarice uz pomoć enzima kvasca i drugih enzima pretvara se u etanol i ugljični dioksid.

U nekim područjima kukuruz, stabljika kukuruza, žitarice, krumpir, šećerna repa i trska, repa ili proso posebno su uzgajani za proizvodnju etanola (poznatog kao „zrnati alkohol“ od kultura bogatih škrobom ili šećerom ili celulozom kao otpadni papir, drveni otpad tekućine koja se može upotrijebiti u motorima SUI i gorivim ćelijama. Etanol se postupno upotrebljava u postojećoj energetskoj infrastrukturi. E 85 je gorivo sastavljeno od 85% etanola i 15% benzina koje se prodaje potrošačima, a može se miješati u svim omjerima. Ima veću potrošnju u motoru od benzina. Biobutanol se razvija kao alternativa bioetanolu. Povećava se međunarodno kritiziranje biogoriva proizvedenih iz usjeva hrane zbog poštovanja prema temama kao što su: osiguravanje hrane, utjecaj na okoliš (krčenje šuma) i energetska ravnoteža. Biogoriva se trenutno najviše proizvode od hrane: šećerne trske, kukuruza, soje i uljane repice, a istovremeno u svijetu postoji oko 850 milijuna ljudi koji nemaju dovoljno hrane. Nije teško razumjeti izjavu koju je jednom dao Jean Ziegler: „Svako dijete koje umre od gladi u današnjem svijetu zapravo je ubijeno dijete (2006. )“

� Biodiesel je najraširenije biogorivo u Europi. Biljno ulje se proizvodi iz uljarica (repičino, suncokretovo, sojino, palmino, kokosovo, kikirikijevo, kukuruzno) ili već korišteno ulje restorana ili masti procesom transesterifikacije (razbija molekule masti, molekule masti se odvajaju od glicerola i vežu s metanolom fosilnog porijekla 20%, koji je toksičan, s Na. OH – kaustičnom sodom) te je u ustroju slično mineralnom dieselu. � Ulja se miješaju sa natrijevim hidroksidom i metanolom ili etanolom, a kao produkti te kemijske reakcije nastaju biodiesel i glicerol. Dodaju se i aditivi: kerozin, uljni razrjeđivači, terpentinsko ulje za poboljšanje kvalitete

� Na deset dijelova biodiesela nastane jedan dio glicerola. � Biodiesel može biti korišten u svakom dieselovom motoru kada se pomiješa s mineralnim dieselom. � B 20 je mješavina 20 % biodiesela i 80% fosilnog diesela � Potrebne su preinake prije same upotrebe biodiesela, jer razjeda gumene dijelove instalacije. � RME (repičin metil ester) je primarni produkt esterifikacije, procesa pretvaranja masti i ulja od uljane repice, a pojavljuju se i nezanemarivi sekundarni proizvodi: � 1. Sačma i pogača uljane repice - služi kao proteinska hrana gotovo za sve vrste i kategorije sitne i krupne stoke. � 2. Slama - može se koristiti kao dodatni izvor toplinske energije. � 3. Biljni ostaci - postupkom zaoravanja povećava se sadržaj humusa, te poboljšava struktura tla.

� osim što je po svojim energetskim sposobnostima jednak običnom fosilnom dieselu, ima puno bolju mazivost, pa značajno produžava radno trajanje motora � smanjuje onečišćenje okoliša (prilikom rada motora, na ispušnoj cijevi se oslobađa čak 10 % kisika i smanjuje emisiju CO 2). � Biodizel je biorazgradiv, nije otrovan i tipično proizvodi oko 60% manje emisije CO 2 gledajući cijeli životni vijek, ne sadrže sumpor, ni teške metale olovo koji su glavni onečišćivači zraka prilikom uporabe diesela dobivenog iz nafte; pretvara NOx u bezopasni dušik; � moguća je proizvodnja u kućnoj radinosti; � viši cetanski broj, što znači lakšu zapaljivost od fosilnog dizela; � transport biodizela gotovo je potpuno neopasan za okoliš, jer se dospjevši u tlo razgradi nakon 28 dana. Ako nafta tijekom manipulacije ili transporta dospije u vodu, jedna litra zagadi gotovo milijun litara vode, u vodi se potpuno razgradi već nakon nekoliko dana;

Diesel motor je izvorno zamišljen s pogonom na biljno ulje. � Biodiesel, kao bioulje se može upotrijebiti u modernim diesel vozilima s malo preinaka na motoru, smanjena emisija CO i ugljikovodika 20 -40%. Ima slične karakteristike diesel gorivu ali smanjena razina emisije poliaromatskih ugljikovodika – PAH (eng. polycyclic aromatic hydrocarbons) i nitro-poliaromatskih ugljikovodika, tvari koje potencijalno uzrokuju karcinom. � Biodiesel je obnovljivi izvor energije, koji se može proizvoditi od algi, biljnog ulja, životinjskih masnoća ili iz recikliranih restoranskih masnoća; ima znatno višu točku zapaljivosti (za 160 °C) od običnih diesela (330 - 350°C). To znači da je rizik od zapaljenja prilikom prijevoza, skladištenja i upotrebe znatno manji nego kod običnih diesel goriva. � pri proizvodnji RME-a, nastaje čitav niz veoma profitabilnih nusprodukata: pogače ili sačme, koja je visokovrijedan proteinski dodatak stočnoj hrani, te dobivamo i glicerol, koji se koristi kao sirovina u farmaceutskoj industriji. Na kraju tehnološkog procesa, kao nusprodukt se dobiva i uljni mulj, koji se koristi kao visokokvalitetno gnojivo u ekološkoj poljoprivredi

� postoji mogućnost začepljenja injektora na dieselskom motoru � miris prženog ulja iz ispuha; visoki viskozitet; � energetska vrijednost: 37, 2 MJ/l (nafta 42, MJ/l ), što znači i veća potrošnja, jer je energetska vrijednost biodiesela oko 90 % energetske vrijednosti običnog fosilnog diesela; � biodizel je općenito skuplji od normalnih fosilnih diesel goriva, ali ta bi razlika mogla nestati rastućih cijena goriva i poreznih poticaja od strane država. � U Njemačkoj je na pr. biodiesel općenito jeftiniji od normalnog diesela na benzinskim postajama koje prodaju oba goriva; � ukoliko će se koristiti deforestacija šuma i monokulturne poljoprivredne tehnike, biodiesel bi mogao postati ozbiljna prijetnja prirodnom okoliša; � kukuruz je glavna sirovina za trenutnu masovnu proizvodnju biogoriva poput biodizela i bioetanola

� Druga generacija biogoriva dobivena je preradom poljoprivrednog i šumskog otpada. Ne koriste izvore hrane kao temelj proizvodnje i neke vrste osiguravaju bolji rad motora. � Biogoriva druge generacije koja su trenutačno u proizvodnji su: biohidrogen, bio – DME, biometanol, DMF, HTU dizel, Fischer – Tropsch diesel i mješavine alkohola.

� Ova vrsta biogoriva mogla bi biti najzastupljenija u budućnosti, budući da je obnovljiva, ne uzrokuje emisiju stakleničkih plinova pri sagorijevanju, oslobađa energiju i lako se pretvara u električnu energiju pomoću ćelija za gorivo. � Kod proizvodnje biohidrogena uz pomoć fotosintetičkih mikroorganizama, potreban je jednostavan solarni reaktor kao energijski izvor. Elektrokemijska proizvodnja biohidrogena pomoću solarne baterije zahtijeva jake energetske izvore. � Postoje različiti procesi proizvodnje biohidrogena. Neke od njih su: biofotoliza vode pomoću mikroalgi ili cijano- bakterija, proizvodnja biohidrogena uz pomoć određenih enzima (hidrogenaza, nitrogenaza), proizvodnja pomoću fotosintetskih bakterija, kombinacija fotosintetskih i anaerobnih bakterija kod proizvodnje. � Sama proizvodnja biohidrogena je najzahtjevnija s obzirom na okoliš. Budućnost ovog procesa ovisi ne samo o poboljšanjima na temelju istraživanja, već i o ekonomskim zahtjevima, društvenoj prilagodljivosti i razvitku hidrogenskog energijskog sustava.

� Ova vrsta goriva druge generacije može također biti proizvedena iz sintetičkog plina, koji se dobiva iz biomase. Može se koristiti kao zamjena nafte u paljenju motora na iskru, zbog visokog oktanskog broja. � Kao i kod bioetanola, kod upotrebe ovog goriva trebali bi u obzir uzeti niski tlak isparavanja, nisku gustoću energije i nekompatibilnost s materijalima u motoru. � 10 – 20 % biometanola pomiješanog s naftom može se koristiti u motorima bez potrebe za njihovom modifikacijom. � Budući da biometanol gori nevidljivim plamenom i znatno je otrovan, treba prilikom uporabe poduzeti stroge mjere opreza.

� Sintetički plin, mješavina CO i H 2 može se proizvesti iz biomase kroz niz termalnih procesa, kao isparavanje. Katalitičkim reakcijama se može pretvoriti u gorivo, kao etanol i kemikalije velike vrijednosti, kao propanol i butanol. � Trenutačni katalizatori za sintezu „miješanih alkohola“ su proizvedeni za sintetički plin dobiven iz ugljena ili pare metana. Međutim, oni nisu baš najbolje rješenje te se pokušavaju proizvesti poboljšani katalizatori koji bi usavršili proizvodnju ove vrste.

� Što je direktno izgaranje biomase? � Koje radnje predhode direktnom korištenju biomase? � Nabrojati termokemijske procese dobivanja biogoriva. � Što je biološka razgradnja i što se njome dobiva iz biomase? � Nabrojati biogoriva � Što je etanol? � Objasni oznaku B 20, navesti prednosti korištenja � Koja su biogoriva druge generacije?