Poljoprivredni fakultet u Novom Sadu Departman za poljoprivrednu

Poljoprivredni fakultet u Novom Sadu Departman za poljoprivrednu tehniku Dr Todor Janić, red. prof. UPOTREBA ŽETVENIH OSTATAKA ZA PRODUKCIJU TOPLOTNE ENERGIJE

ŽETVENI OSTACI – BIOMASA U POLJOPRIVREDI Kao što je pozato, poljoprivreda je veliki potrošač energije, ali korišćenjem žetvenih ostataka kao energenta može biti i značajan snabdevač energijom. Žetveni ostaci mogu biti: § primarni - direktno sa njiva i § sekundarni – iz prehrambene industrije. Značajan je broj vrsta i formi žetvenih ostataka, koji bez obzira što imaju sličan fizičko-hemijski sastav mogu biti različitih osobina.

ŽETVENI OSTACI – BIOMASA U POLJOPRIVREDI

POTENCIJALI EVROPSKOG REGIONA U PRODUKCIJI BIOMASE

RASPOLOŽIVOST BIOMASE U SRBIJI Red. broj Vrsta biljnih ostataka Zasejana površina Prinos Odnos mase** Ukupno biomase (103 ha) (t/ha) - (103 t) 1. Pšenična slama 563, 6 3, 94 1: 1 2. 220 2. Ječmana slama 73, 8 2, 45 1: 1 180 3. Ovsana slama 8, 8 1, 77 1: 1 16 4. Ražena slama 3, 1 1, 70 1: 2 5 5. Kukuruzovina 1. 186, 6 5, 65 1: 1 6. 597 6. Oklasak* - - 1: 0, 20 1. 319 7. Stabljike suncokreta 2, 17 1: 2 817 8. Ljuske suncokreta - 1: 0; 30 270 9. Sojina slama 159, 3 2, 44 1: 2 777 10. Slama uljane repica 12, 2 2, 70 1: 2 66 11. Stabljike duvana 34, 0 1, 27 1: 0, 35 15 Ukupno: 188, 2 - 2. 229, 6 12. 282

SPECIFIČNOSTI KOD OBEZBEĐIVANJA BIOMASE Specifičnosti pri sakupljanju i skladištenju žetvenih ostataka, tj. biomase iz poljoprivrede u energetske svrhe su sledeće: § biomasa, tj. žetveni ostaci iz poljoprivredne proizvodnje nastaje periodično, a treba je koristiti tokom cele naredne godine (do sledeće žetve), § nastaje razbacano, usitnjeno i često udaljeno od mesta njenog korišćenja, § zbog navedenog potrebno je skladištiti velike količine biomase, a njena mala nasipna gustina uslovljava velike zapremine skladišnog prostra i znatne troškove u pogledu transporta i manipulacije, § biomasa je higroskopan materijal, zbog čega se posebno mora dobro skladištiti, što poskupljuje njenu krajnju primenu, .

NAMENA POLJOPRIVREDNIH ŽETVENIH OSTATAKA - BIOMASE Često se žetveni ostaci poljoprivredne proizvodnje tretiraju kao otpad za šta nema opravdanja, pošto njihova namena može biti višestruka. Osnovnu namenu žetvenih ostataka je odredila priroda, tj. njih treba zaoravanjem vraćati u zemljište čime se značajno utiče na usporavanje tendencije smanjenja humusa u oraničnim slojevima, a samim tim se utiče na sprečavanje opadanja plodnosti takvog zemljišta. Pored toga, žetveni ostaci se upotrebljavaju u stočarstvu i u industriji. U novije vreme, sa sve većim ispoljavanjem problema vezanih za korišćenje konvencionalnih energenata (uticaj na klimu, problemi u snabdevanju, visoke cene u nabavci i dr. ) žetveni ostaci, koje često nazivamo – biomasa koriste se i kao resurs za produkciju energije. KOJI ODNOS U TIM NAMENAMA TREBA FAVORIZOVATI ZAVISI OD VEOMA VELIKOG BROJA FAKTORA: EKOLOŠKIH, EKONOMSKIH, TEHNOLOŠKIH (FUNKCIONALNOST I EFIKASNOST), SOCIOLOŠKIH I DR.

EKOLOŠKE ODREDNICE KOD PRIMENE BIOMASE KAO ENERGENTA Biomasa uopšte, pa i žetveni ostaci se smatraju ekološkim gorivom iz nekoliko razloga: § Bilans CO 2 u atmosveri tokom sagorevanja biomase ostaje nepromenjen, pošto tokom vegetacije biomase iz atmosfere se preuzima CO 2, koji se tokom sagorevanja takve biomase ponovo vraća u atmosferu, čime se smanjuje efekat staklene bašte. § U biomasi gotovo da i nema sumpora, nema SO 2 i SO 3, pa nema ni efekta kiselih kiša. § Emisije azotnih oksida je znatno manja nego kod sagorevanja fosilnih goriva. Oprečna mišljena su prisutna kod pedologa koji navode da se od ukupne površine planete za proizvodnju hrane koristi samo oko 10% zemljišta i to različitog nivoa plodnosti (sa tendencijom smanjivanja). Takvi zemljišni resursi nisu večni i veoma su podložni degradaciji usled raznih činilaca, a i teško se mogu uvećati bez drugih štetnih posledica (seča šuma. . . ). Loš kvalitet zemljišta može da bude posledica prirodnih pedogenetskih procesa, nekih drugih prirodnih procesa (zaslanjivanje, zakišeljavanje zemljišta ili erozija), ali na žalost može da bude i posledica lošeg delovanja čoveka (sabijanje zemljišta, zauzimanje tj. prenamena poljoprivrednog zemljišta u neke druge svrhe, zagađenje zemljišta i smanjenje sadržaja organske materije u zemljištu).

STANJE ORANIČNIH POVRŠINA U VOJVODINI U Srbiji je tokom zadnjih 50 -tak godina “nestalo” više od 10% oranica – usled prenamene. Pored toga smanjio se i kvalitet zemljišta, što se posebno odnosi na zemljište u Vojvodini, gde se kvalitet zemljišta najviše smanjuje zbog opadanja sadržaja organske materije tj. humusa u zemljištu. Humus u zemljištu obezbeđuje hranjive materije za ishranu gajenih biljaka, a važan je i za fizička svojstva zemljišta, za njegov vodni, vazdušni i toplotni režim. Upoređujući neka ranija istraživanja sa sadašnjim na istim lokalitetima može se videti da je opadanje sadržaja humusa u proseku oko 0, 2 - 0, 3%. Sa takvom tendencijom, priča o Vojvodini, kao svetskoj žitnici će u doglednom vremenu nestati, pošto je u istraživanjima ustanovljeno da oko 40% oranica imaju sadržaj humusa ispod 3%, koja je za plodnost zemljišta granična vrednost. ZBOG NAVEDENOG SE NE SMEJU UNIŠTAVATI ILI ODNOSITI U VEĆEM OBIMU ŽETVENI OSTACI SA PARCELA KOJE SU VEĆ OSIROMAŠENE HUMUSOM.

NAJGORI NAČIN UKLANJANJA ŽETVENIH OSTATAKA

EKONOMSKE ODREDNICE KOD PRIMENE BIOMASE KAO ENERGENTA Iako su ekološki faktori ti koji moraju biti prvo favorizovani kod donošenja odluke o nameni biomase od žetvenih ostataka u praksi se o upotrebi biomase uglavnom odlučuje uvažavajući samo ekonomske faktore.

EKONOMSKE ODREDNICE KOD PRIMENE BIOMASE KAO ENERGENTA Sa porastom kvaliteta, pa i cene goriva, uslovno se može smatrati da cena postrojenja treba da je niža, ali želja za što manjim utroškom takvog goriva nalaže da se poveća efikasnost rada postrojenja i to opet utiče na povećanje cene postrojenja. Najgora je kombinacija odluka za jeftinim gorivom i jeftinim postrojenjem – u Srbiji takvih postrojenja ima mnogo i retko koje radi ili rade totalno neekonomično i sa veoma negativnim uticajem na radnu snagu i životno okruženje.

PRIPREMA ŽETVENIH OSTATAKA KAO ENERGENTA

NAJČEŠĆE KORIŠĆENE FORME BIOMASE KAO ENERGENTA Biomasa iz poljoprivrede 35 -55 evra/t § Kvadar (klasične male) bale, mase 10 – 12 kg/kom, § Rol (valjkaste) bale, mase 80 -150 kg/kom, § Velike prizmatične bale, mase 250– 300 kg/kom, § Džambo (Big square balers) bale, 110 -160 evra/t mase 500 kg/kom, § Briketi, mase 400 gr/kom, 130 -200 evra/t § Pelet, mase 20 gr/kom, ili 2, 5 t sl. /1 t pel. § Rasuta biomasa i § Rasuta usitnjena biomasa. Forma biomase iz prerađivačke industrije može biti veoma raznolika, ali je uglavnom u okviru pojedinih pogona ujednačena po vrsti, obliku i tehničkim katakteristikama.

KARAKTERISTIKE PELETA I BRIKETA Peleti Briketi Sirovinski materijal Suvo i samleveno drvo i ostaci poljoprivrednih kultura. Sirovinski materijal krupniji nego za peletiranje. Oblik Cilindričan (uobičajeno, Ø 6 do 12 mm, sa dužinom 4 do 5 puta od Ø) Cilindričan (uobičajeno Ø 80 do 90 mm) ili u obliku kvadra (150*70*60 mm) Struktura Stabilna, čvrsta, bez prašine Delimično se osipa, rasipa se Nasipna gustina min. 650 kg/m 3 600 do (to) 700 kg/m 3 Spoljašnji izgled Ravan Najčešće neravan Transport U rinfuzi, vrećama i velikim vrećama Upakovane jedinice, na paletama Način ubacivanja Ručno ili automatizovano korišćenja Ručno korišćenja Izgled

MANIPULACIJA, TRANSPORT I SKLADIŠTENJE BALA BIOMASE Velike četvrtaste bale visokog pritiska Efikasnost manipulacije sa balama maksimalno se postiže teleskopskim utovarivačem Transport bala slame kamionskom prikolicom Sklasištenje baliranih žetvenih ostataka

STRUKTURA TROŠKOVA PRIPREMANJA ŽETVENIH OSTATAKA

POGON ZA PELETIRANJE BIOMASE

IZBOR VRSTE I FORME BIOMASE ZA DIREKTNO SAGOREVANJE

IZBOR VRSTE I FORME BIOMASE ZA SAGOREVANJE

TEHNIČKA ANALIZA BIOMASE § Biomasa ima sličan sastav kao i ugalj, ali u svom sastavu ima manje ugljenika i vodonika (od kvalitetnijih ugljeva); § biomasa sagoreva sa velikom količinom isparljivih materija (od 57, 2 do preko 80%); § Biomasa u svom sastavu skoro da i nema sumpora i azota; § Biomasa sagoreva sa oko 7 -12% pepela; § Pepeo biomase stvara probleme kada je temperatura u ložištu viša od oko 800 o. C. § Temperatura samozapaljenja biomase je oko 220 o. C; § Donja toplotna moć biomase se kreće, npr. : § za soju oko 15, 5 MJ/kg, pri vlažnosti slame od 14%; § za pšenicu oko 13, 5 MJ/kg, pri vlažnosti slame od 14%; § Sadržaj vlage u biomasi je promenljiv, u uslovima adekvatnog skladištenja se kreće oko 10 -15%.

RADNI MEDIJUM ZA PRENOS TOPLOTE Izbor vrste i forme biomase u velikoj meri zavisi od radnog medijuma za prenos toplote. Najčešće korišćeni radni medijumi su: § Vazduh § Topla voda (sa temperaturom od 110 o. C) § Vrela voda (sa temperaturom od 150 o. C i pritiska do 8 bar ) § Termostabilno ulje (sa temp. do 400 o. C ) § Vodena para (niskog pritiska, do 0, 5 bar) § Vodena para (višeg, visokog, kritičnog i nadkritičnog pritiska)

PARAMETRI KOJI OPISUJU MOGUĆNOST KORIŠĆENJA POJEDINIH TERMOENERGETSKIH POSTROJENJA

NAJČEŠĆE KORIŠĆENA POSTROJENJA ZA SAGOREVANJE BIOMASE Način korišćenja Tip ložišta Rešetka za dovođenje goriva odozdo Opseg toplotnih snaga Gorivo drveni čips, orezana granjevina svi oblici sitnjenog Postrojenja sa 150 k. W – 15 MW drvnog goriva, pomerljivom rešetkom većina vrsta biomase Rešetka sa predložištem 20 k. W – 15 MW suvo drvo, granjevina čips drveta sa Rotirajuća rešetka za 2 – 5 MW visokim sadržajem dovođenje goriva odozdo vlage prednji deo bala Gorionik oblika cigarete 3 – 5 MW biomase Automatsko Postrojenja za cele bale 3 – 5 MW cele bale biomase Postrojenja na biomasu bale biomase sa 100 k. W – 5 MW iz poljoprivrede iseckanom masom sečena biomasa, Lebdeći fluidizovani sloj 5 – 15 MW d < 10 mm sečena biomasa, Cirkulirajući fluidizovani 15 – 100 MW sloj d < 10 mm sečena biomasa, Gorionik za prašinu 5 – 10 MW d < 5 mm 20 k. W – 25 MW Sadržaj pepela Sadržaj vode u gorivu <2% 5 -50% <50% 5 -60% <5% 5 -35% <50% 40%-65% <5% 20% <50% 5 -60% <5% <20%

NAJČEŠĆE KORIŠĆENA POSTROJENJA ZA SAGOREVANJE BIOMASE Način korišćenja Tip ložišta Lebdeći fluidizovani sloj Sagorevanje izmešanih goriva Co-firing* Cirkulirajući fluidizovani sloj Gorionik za prašinu Opseg toplotnih snaga Gorivo sečena Total 50 MW – 150 biomasa, MW d < 10 mm sečena Total 100 – 300 biomasa, MW d < 10 mm Slama 5 MW – 20 sitna biomasa, MW d = 2 -3 mm Sadržaj pepela Sadržaj vode u gorivu <50% 5 -60% <5% 20%

TEHNIČKO-TEHNOLOŠKA REŠENJA KOD SAGOREVANJA BIOMASE S– šaržni, sa nepokretnom rešetkom; V– sa pokretnom rešetkom; U – sa donjim loženjem (retorta); E– sa sagorevanjem u prostoru (ciklonsko ili vrtložno ložište), W– sa fluidiziranim slojem; Z–sa čeonim sagorevanjem (cigareta)

TEHNIČKA REŠENJA TERMOENERGETSKIH POSTROJENJA

KOTLOVI SA RUČNIM UBACIVANJEM BIOMASE

KOTLOVI SA MAŠINSKIM UBACIVANJEM VELIKIH BALA

KOTLOVI SA AUTOMATSKIM DOZIRANJEM USITNJENE BIOMASE

KOTLOVI SA AUTOMATSKIM DOZIRANJEM USITNJENE BIOMASE Postrojenje za sagorevanje balirane biomase Postrojenje za sagorevanje usitnjene biomase (ivera od drveta, slame, . . . ) Postrojenje za sagorevanje otpadne biomase

LOŽIŠTA SA POKRETNOM REŠETKOM UBACIVANJE GORIVA – MEHAN. ODOZGO Kosa pomična rešetka Horizontalna pomična lančasta rešetka Horizontalna pomična rešetka Vibrirajuća rešetka

LOŽIŠTA SA DOVOĐENJEM GORIVA ODOZDO

LOŽIŠTA ZA SAGOREVANJE GORIVA U GRANULACIJI PRAŠINE

LOŽIŠTA ZA SAGOREVANJE GORIVA U FLUIDIZOVANOM SLOJU Lebdeći sloj Cirkulišući sloj

UMESTO ZAKLJUČKA Biomasa je takoreći nastala sa nastankom čoveka i sigurno će ga okruživati do kraja postojanja, kao energent može da ublaži nepovoljnu energetsku situaciju u svetu (smanjujući negativne efekte staklene bašte), ali se pored toga što se mora koristiti sa što većom efikasnošću, mora se koristiti i na način koji neće dovesti do degradiranja zemljište kao jedanog od najvažnijih prirodnih činilaca na našoj planeti.