Jak wykorzystuje się biomasę? Co można uzyskać z biomasy?

Prąd i gaz, ogrzewanie, woda – media używane codziennie, których pozyskiwanie w znacznym stopniu wpływa na stan planety. Rosnąca świadomość konieczności ochrony przyrody stymuluje poszukiwanie rozwiązań, które nie eksploatują środowiska w sposób masowy.

• Czym jest biomasa i jak służy przemysłowi?
• Co można wytworzyć z biomasy?
• Powody, dla których warto korzystać z biomasy

Czym jest biomasa i jak służy przemysłowi?

Jednym z ekologicznych źródeł energii jest biomasa – paliwo wykorzystywane w specjalnych kotłach (na przykład w kotle na biomasę oferowanym przez eco-team.pl). W skład biomasy wchodzą surowce naturalne pochodzenia zwierzęcego lub roślinnego, które ulegając biodegradacji, uwalniają zakumulowaną w nich energię bez emisji substancji szkodliwych dla środowiska.

Do biomasy zalicza się odchody zwierząt, odpady organiczne z gospodarstw domowych i rolnictwa, osady ściekowe, słomę, oleje roślinne oraz drewno o niskiej jakości, często klasyfikowane jako odpad. Wszystkie te materiały gromadzą energię słoneczną powstałą w trakcie fotosyntezy. Proces spalania wyzwala tę energię, umożliwiając ekologiczne ogrzewanie pomieszczeń lub wytwarzanie prądu. W kotłach współspalanie biomasy z węglem pozwala redukować emisję dwutlenku węgla, co prowadzi do znaczącej poprawy parametrów emisyjnych instalacji grzewczych i przemysłowych.

Przemysł wykorzystuje biomasę nie tylko w instalacjach ciepłowniczych, ale również w elektrociepłowniach oraz zakładach produkujących biopaliwa ciekłe. Fermentacja beztlenowa biomasy mokrej (gnojowica, osady ściekowe) pozwala na uzyskanie biogazu, który po oczyszczeniu może zasilać turbiny lub być wtłaczany do sieci gazowej. Dzięki temu substancje uznawane dotąd za odpady przekształcają się w cenne nośniki energii, a ich wykorzystanie wpisuje się w model gospodarki obiegu zamkniętego.

Co można wytworzyć z biomasy?

Ciepło powstałe w procesie spalania można przekształcać w różne formy energii. Nowoczesne urządzenia umożliwiają uzyskanie z biomasy energii elektrycznej, ciepła, gazu oraz biopaliw – zarówno stałych, ciekłych, jak i gazowych. Na skalę światową biomasa stanowi trzecie najczęściej wybierane źródło energii odnawialnej, zaraz po energii wodnej i wiatrowej.

Energia elektryczna i ciepło

Spalanie biomasy w kotłach parowych lub kotłach z obiegiem organicznym (ORC) wytwarza parę lub gorące medium robocze, które napędza turbiny połączone z generatorami prądu. Kogeneracja (skojarzony system ciepło-energia) pozwala jednocześnie wytwarzać prąd i wykorzystywać ciepło odpadowe do ogrzewania budynków lub wody technologicznej, co radykalnie podnosi efektywność całego procesu – sprawność łączna może przekraczać 80%, podczas gdy spalanie węgla w tradycyjnych elektrowniach osiąga zaledwie 30–40%.

Biopaliwa stałe

Najbardziej rozpoznawalne formy biomasy przeznaczone do spalania bezpośredniego to brykiet (walce lub cegły o gęstości około 1000 kg/m³) oraz pellet (granulki walcowe średnicy 6–8 mm). Proces peletyzacji i brykietowania zwiększa gęstość energetyczną surowca i ułatwia transport oraz magazynowanie. Materiałem wyjściowym są trociny, wióry drzewne, słoma zbożowa, łuski słonecznika, pestki owoców i odpady z tartaków. Pellet charakteryzuje się niską zawartością popiołu (poniżej 1% w przypadku drewna iglastego), dzięki czemu kotły wymagają rzadszego czyszczenia.

Biogaz

Fermentacja metanowa materiałów organicznych w warunkach beztlenowych prowadzi do powstania biogazu, będącego mieszaniną metanu (50–75%), dwutlenku węgla (25–45%) oraz śladowych ilości siarkowodoru i amoniaku. Biogaz wytwarzany jest w oczyszczalniach ścieków, na składowiskach odpadów oraz w biogazowniach rolniczych, gdzie fermentacji poddaje się gnojowicę, odpady roślinne i kiszonki kukurydzy. Po oczyszczeniu i odosobnowaniu biogaz może być wtłaczany do sieci gazowej (jako biogaz klasy CNG) lub spalany bezpośrednio w silnikach gazowych do produkcji prądu i ciepła. Produktem ubocznym fermentacji jest pulpa pofermentacyjna, wykorzystywana jako nawóz organiczny o wysokiej zawartości azotu i fosforu.

Biopaliwa ciekłe

Procesy termochemiczne (piroliza, zgazowanie) oraz biochemiczne (fermentacja alkoholowa, transestryfikacja) umożliwiają przekształcenie biomasy w biodiesel, bioetanol, bio-olej pirolizy oraz dimetyloeter (DME). Biodiesel produkuje się z oleistych roślin (rzepak, słonecznik, soja) poprzez transestryfikację z metanolem, uzyskując ester metylowy kwasów tłuszczowych (FAME). Bioetanol powstaje w wyniku fermentacji cukrów zawartych w roślinach energetycznych (kukurydza, trzcina cukrowa, topinambur) i może być dodawany do benzyny w proporcjach do 10% bez konieczności modyfikacji silnika. Piroliza szybka (temperatura 450–550°C, czas reakcji poniżej 2 sekund) pozwala na uzyskanie bio-oleju – ciekłego produktu o wartości opałowej około 17 MJ/kg, który po rafinacji może zasilać kotły lub silniki Diesla.

Powody, dla których warto korzystać z biomasy

Neutralność emisyjna

Najczęściej wymienianą zaletą wykorzystywania biomasy jest neutralność pod względem emisji dwutlenku węgla. Spalanie biomasy uwalnia CO₂, który został wcześniej związany przez rośliny w procesie fotosyntezy, co oznacza bilans zerowy w skali całego cyklu życia – w przeciwieństwie do paliw kopalnych, których spalanie wprowadza do atmosfery węgiel zakumulowany miliony lat temu. Biomasa nie emituje znaczących ilości siarki (zawartość SO₂ w spalinach wynosi zazwyczaj poniżej 0,02%, podczas gdy węgiel kamienny może zawierać do 1,5% siarki), co eliminuje konieczność instalowania drogich systemów odsiarczania spalin.

Gospodarczy aspekt wykorzystania odpadów

Pozyskanie biomasy jest tanie, ponieważ często stanowią ją odpady organiczne – słoma zbożowa (rocznie w Polsce powstaje około 20 mln ton nadwyżki słomy), wytłoki z owoców po produkcji soków, osady ściekowe z oczyszczalni (rocznie około 550 tys. ton suchej masy), odpady drzewne z tartaków i gospodarki leśnej. Spalanie biomasy dostarcza wysokiej wartości energetycznej – wartość opałowa suchego drewna wynosi około 18–19 MJ/kg, peletu z drewna iglastego około 17,5 MJ/kg, a brykietu ze słomy rzepakowej około 16,5 MJ/kg. Przy obecnych cenach energii konwencjonalnej koszty ogrzewania peletem lub brykietem są o 20–40% niższe niż przy użyciu oleju opałowego lub gazu ziemnego, co przekłada się na wymierne oszczędności w budżecie gospodarstwa domowego lub przedsiębiorstwa.

Wartość nawozowa popiołu

Popiół powstający ze spalania biomasy (szczególnie ze słomy, łupin i drewna liściastego) zawiera duże ilości potasu, fosforu, wapnia oraz mikroelementów (magnez, żelazo, mangan) i może być stosowany jako nawóz mineralny na glebach ubogich. Zawartość fosforu w popiele ze słomy wynosi 1–3%, potasu 10–15%, co czyni go wartościowym substytutem nawozów mineralnych. Popiół ze spalania czystego drewna (bez farb i lakierów) można bezpośrednio stosować do odkwaszania gleb o niskim pH, zwiększając ich zasobność i poprawiając strukturę. Recycling popiołu domyka obieg materii w gospodarstwie i ogranicza zapotrzebowanie na nawozy syntetyczne, których produkcja jest energochłonna i generuje znaczną emisję gazów cieplarnianych.

Bezpieczeństwo dostaw i niezależność energetyczna

Biomasa jest zasobem lokalnym, odtwarzalnym co roku i niezależnym od importu surowców z zagranicy. Rozwój upraw roślin energetycznych (wierzba energetyczna, miskant olbrzymi, topinambur, ślazowiec pensylwański) na gruntach o niskiej przydatności rolniczej zwiększa samowystarczalność energetyczną regionów i zmniejsza wrażliwość na wahania cen ropy naftowej czy gazu. Wierzba energetyczna może dawać plon 10–15 ton suchej masy z hektara rocznie, a jej uprawa nie wymaga intensywnego nawożenia ani środków ochrony roślin. Utworzenie łańcucha dostaw biomasy lokalnej (w promieniu do 50 km) minimalizuje emisję związaną z transportem i tworzy miejsca pracy w regionach o słabym rozwoju gospodarczym.