ŚWIĘTOKRZYSKI PORTAL EWE

REGIONALNA BAZA WIEDZY

Home » Energia z Biomasy » Technologie Biomasy

 

 

Biomasa jest wykorzystywana do celów energetycznych w procesach bezpośredniego spalania, współspalania biopaliw stałych, przetwarzana na paliwa ciekłe bądź podlega zgazowaniu. Konwersja biomasy na nośniki energii może odbywać na drodze jednej z trzech metod: fizycznej, chemicznej, biochemicznej. W zależności od dominującego produktu wyjściowego tego procesu, którym może być gaz, paliwo płynne lub paliwo stałe, proces ten nazywa się spalaniem, współspalaniem, zgazowaniem, pirolizą lub procesem biochemicznym.

Spalanie

Spalanie wykorzystuje się do produkcji energii cieplnej, jak również do wytwarzania energii elektrycznej i jest najbardziej rozpowszechnioną i jednocześnie najprostszą formą pozyskiwania energii z biomasy. Na świecie aż 90% energii, otrzymywanej z biomasy generuje się w procesie spalania, przy czym spalana może być biomasa we wszystkich stanach skupienia. Aby spalanie drewna przebiegało możliwie najefektywniej, spełniając jednocześnie normy ochrony środowiska, zaleca się, aby przebiegało w trzech fazach:

  • suszenie i odgazowanie materiału drzewnego, w wyniku czego powstaje gaz drzewny,
  • spalanie gazu drzewnego w temperaturze 1.200°C,
  • dopalanie gazu i oddawanie ciepła w wymienniku.

Do ekologicznego, efektywnego spalania biomasy w celu pozyskiwania energii wykorzystuje się specjalnie skonstruowane kotły, wyposażone w komory spalania ze stałymi bądź ruchomymi rusztami i charakteryzujące się zwiększoną powierzchnią wymiany ciepła. Efektywność przebiegu procesu spalania jest zależna od ilości dostarczanego powietrza. W nowoczesnych kotłach powietrze do spalania dostarczane jest w postaci tzw. powietrza pierwotnego i wtórnego. Powietrze pierwotne jest mieszane z paliwem i wykorzystywane w procesie gazyfikacji i spalania węgla drzewnego. Natomiast powietrze wtórne wykorzystuje się podczas dopalania substancji lotnych i nie miesza się ono z powietrzem pierwotnym. Instalacje do spalania mogą być wykorzystywane do utylizacji różnych rodzajów biomasy, między innymi drewna kawałkowego, zrębek, trocin, słomy.

Ze względu na właściwości fizyko-chemiczne biomasy należy stosować odpowiednie rozwiązania technologiczne, dostosowane do konkretnego rodzaju paliwa. Największą komplikacje stwarzają różnice w proporcjach związków stałych i lotnych w drewnie i paliwach kopalnych (węgiel kamienny, brunatny, koks) oraz wysoka wilgotność biomasy.

Biomasa (zrębki drzewne, rośliny energetyczne, słoma itp.) może być również wykorzystywana jako dodatek przy spalaniu paliw kopalnych (węgiel kamienny i brunatny) i określana jest mianem współspalania biomasy.

Spalanie biomasy bazuje na technologiach wykorzystywanych w energetyce konwencjonalnej i pozwala bez dodatkowej ingerencji w budowie kotła dostosować konstrukcję elektrowni (elektrociepłowni) do zasilania kotła biomasą. Wymagane są prace przygotowawcze, które polegają na wbudowaniu równoległego układu nawęglania, wyposażonego w urządzenie pomiarowe mierzące strumień objętości biomasy, jak również miejsca poboru próbek, do badania jej właściwości fizycznych.

Większość elektrowni zawodowych w Polsce wykorzystuje kotły pyłowe przystosowane do spalania węgla kamiennego. Podawanie wraz z węglem biomasy powoduje zmniejszenie sprawności kotła co najmniej o 1%. Obecnie biomasa stanowi od 4% do 15% spalanej mieszanki. Większy udział biomasy wiąże się koniecznością zastosowania systemu rozdrabniania i wymiany palników, co znacznie zwiększa koszty dostosowania instalacji spalania węgla do nowych wymogów. Do współspalania lepiej nadają się kotły fluidalne. Ich konstrukcja pozwala bowiem na spalanie paliwa o gorszych parametrach o mniejszej kaloryczności i większej wilgotności. Teoretycznie umożliwia to zastosowanie biomasy jako jedynego rodzaju paliwa.

 Gazyfikacja i piroliza

Gazyfikacja jest procesem zachodzącym w wysokiej temperaturze i polega na konwersji termochemicznej. Jej produktem jest gaz, po którego spaleniu otrzymuje się energię cieplną. Poza wytwarzaniem ciepła, gaz ten może być wykorzystywany także w kuchenkach gazowych oraz do zasilania turbozespołów wytwarzających energię elektryczną. Proces gazyfikacji paliw stałych przebiega w dwóch etapach:

  • w warunkach niedoboru powietrza i temperaturze 450-800°C paliwo zostaje odgazowane, w wyniku czego powstaje gaz palny oraz mineralna pozostałość (węgiel drzewny),
  • w temperaturze około 1 000-1 200°C i w obecności nadmiaru tlenu następuje spalenie powstałego gazu.

Jedną z zalet tej technologii jest jej wysoka sprawność, która wynosi około 35%. Dla porównania małe i średnie urządzenia wykorzystywane do spalania biomasy osiągają sprawność rzędu 15-20%.

Produktem pirolizy będącej wstępem do procesów spalania i gazyfikacji, jest ciekłe biopaliwo określane mianem biooleju lub oleju pirolitycznego, które jest mieszanką utlenionych węglowodorów. Zaletą pirolizy jest większa niż w przypadku spalania i gazyfikacji łatwość transportowania produktu wyjściowego, pozwalająca znacznie ograniczyć jego koszty.

Piroliza jest skomplikowanym procesem, a właściwości jej produktów zależą od czasu poddawania materiału wsadowego wysokiej temperaturze i jej wartości, obecności wody, tlenu i gazów, a także od parametrów poddanego pirolizie surowca. Podczas procesu pirolizy biomasa ulega termicznemu przekształceniu w warunkach beztlenowych. Ze względu na charakterystykę przebiegu tego procesu, wyróżnia się pirolizę konwencjonalną, szybką i błyskawiczną.

Przebieg procesu pirolizy:

  • suszenie paliwa do wilgotności poniżej 10%,
  • mielenie biomasy na bardzo małe cząsteczki (zapewnia szybki przebieg reakcji),
  • reakcja pirolizy,
  • wydzielenie produktów stałych,
  • wydzielenie, schładzanie i gromadzenie biooleju.

Procesowi pirolizy szybkiej zazwyczaj poddawane jest drewno, jednakże jako surowiec mogą posłużyć odpady rolnicze, rośliny pochodzące z upraw energetycznych oraz osady ściekowe.

Instalacje do szybkiej pirolizy biomasy do produkcji paliw płynnych mają obecnie jedynie charakter demonstracyjny i nie są stosowane na skalę komercyjną. Główną zaletą oleju pirolitycznego jest łatwość przechowywania i transportowania. Może on być również wykorzystywany jako półprodukt do wytwarzania innych substancji. Mając na względzie powyższe fakty, ta technologia może być traktowana jako proces uzupełniający pozostałe procesy termochemiczne.

Procesy biochemiczne

Niektóre rodzaje biomasy zawierają zbyt dużo wody, aby można było skutecznie poddawać je spalaniu. Ich wykorzystanie na cele energetyczne jest jednak możliwe dzięki procesom biochemicznym, na przykład fermentacji.

Fermentacja alkoholowa to proces polegający na  rozkładzie węglowodanów, zachodzący po dodaniu drożdży do takich surowców, jak zboże, pszenica, winogrona czy buraki cukrowe i zapewnieniu temu materiałowi warunków beztlenowych. Produktem tego rodzaju fermentacji jest alkohol. W procesie fermentacji alkoholowej powstaje najpopularniejsze biopaliwo płynne – bioetanol, stanowiący 90% wszystkich stosowanych biopaliw ciekłych. Jest on wykorzystywany najczęściej w charakterze domieszki do benzyny, stanowiącej od 5 do 10% paliwa. W niektórych krajach jest on stosowany również jako samodzielne paliwo, między innymi w Brazylii i Argentynie.

Fermentacja metanowa to proces rozkładu wielkocząsteczkowych substancji organicznych, głównie węglowodanów, białka, tłuszczów i ich pochodnych do alkoholi lub niższych kwasów organicznych, a także metanu, dwutlenku węgla i wody, który przebiega przy ograniczonym dostępie tlenu.

Produktem finalnym fermentacji metanowej jest biogaz – mieszanina gazów, składająca się głównie z metanu (40%) i dwutlenku węgla, a także z niewielkich ilości siarkowodoru, amoniaku, azotu, tlenku węgla, tlenu, wodoru i tioli. W trakcie procesu fermentacji powstają również produkty w stanie stałym, które stanowią trudno rozkładalne bądź nierozkładalne osady oraz biomasę bakteryjną. W celach energetycznych jako substrat do procesu fermentacji wykorzystuje się takie substancje organiczne, jak plony roślin energetycznych z plantacji celowych (np. kukurydza), odchody zwierzęce, odpady przetwórstwa spożywczego, odpady komunalne na wysypiskach i osady z oczyszczalniach ścieków.

1W tym serwisie wykorzystywane są pliki cookies. Stosujemy je w celach zapamiętywania ustawień i zbierania anonimowych danych dla celów statystycznych. Użytkownik ma możliwość samodzielnej zmiany ustawień dotyczących cookies w swojej przeglądarce internetowej.