Biomasa kao čvrsto gorivo

 

Značajni potencijali biomase kojima raspolaže Srbija, najjednostavnije se mogu iskoristiti primenom savremenih tehnologija za sagorevanje u proizvodnji toplotne energije, dok su ostale metode za dobijanje električne energije nešto skuplje i složenije.

U zavisnosti od vrste biomase - ogrevnog drveta, peleta, briketa i dr. razlikuju se i tehnologije za iskorišćenje ovog potencijala. Najjednostavnija tehnologija korišćenja biomase drvnog i poljoprivrednog porekla je pretvaranje njene hemijske energije u toplotu u procesu sagorevanja. Uglavnom se koriste klasične tehnologije za sagorevanje na rešetci, koja može biti nepokretna, pokretna, kosa ili stepenasta, rotirajića sa dovođenjem goriva odozdo i druge.

Sistemi za sagorevanje biomase (kotlovi i peći) se koriste za dobijanje toplotne energije za grejanje stambeno-poslovnih objekata, kao i za potrebe tehnoloških procesa u industriji i poljoprivredi.

Proizvodnja toplotne energije iz biomase ima niz specifičnosti, koje moraju da se uzmu u obzir prilikom projektovanja termoenergetskih sistema, izbora opreme i eksploatacije. Zbog znatnog razvoja elektronike i sve pristupačnijim cenama automatskih sistema, treba težiti ka tome da se regulacija rada automatizuje u što većoj meri. Time se postiže efikasniji i ekonomičniji rad uređaja za sagorevanje, kao i značajno povećanje stepena pouzdanosti. Postrojenja na biomasu se obično projektuju tako da traju najmanje 20 godina.

Proizvodnja električne energije iz čvrste biomase je vrlo neefikasna i obično podrazumeva upotrebu kogeneracijskih sistema. Kogeneracija je kombinovana proizvodnja toplotne i električne energije - CHP (Combined Heat and Power). Principi kombinovane proizvodnje poznati su već duže vreme, a tehnologija se poboljšava i razvija već godinama. Danas, moderni kogeneracioni sistemi postižu efikasnost i do 90%. Najveći izazov za postizanje visoke efikasnosti kogenerativnog postrojenja podrazumeva iznalaženje stalnog konzuma toplotne energije, tako da je primena ovih sistema obično isplativa samo u industrijskim uslovima.

 

Oblasti najčešće primene CHP sistema:

 

Biogas

 

Biogas nastaje mikrobiološkim procesom razlaganja organske materije u anaerobnim uslovima (bez prisustva kiseonika). Predstavlja mešavinu gasova, čiju zapreminu čini 50 - 70% metan (CH4),  25-45% ugljen-dioksid (CO2) i male količine vodene pare  2-7%. Osim navedenog, biogas sadrži i druge gasove kao što su vodonik sulfid, kiseonik, azot, amonijak i vodonik, ali u znatno manjem udelu.

 

Supstrati za proizvodnju biogasa u komercijalnim postrojenjima su najčešće:

Aerobnom fermentacijom organska masa se razgrađuje do ugljen-dioksida, dok se anaerobnom dobija biogas gde dominira metan. Metan je gorivi gas, a cilj je upravo njegova proizvodnja i korišćenje za energetske potrebe.

Proces anaerobne razgradnje (fermentacije) široko je rasprostranjen u prirodi, gde god postoje anaerobni uslovi i anaerobne bakterijske vrste. Njihov sastav zavisi od organskih izvora materijala (supstrata) i specifičnih uslova procesa razgradnje (pre svega temperature i nivoa pH). Mikrobiološki procesi koji se dešavaju tokom fermentacije su odlučujući faktor u produktivnosti biogasnih postrojenja.

Biogas se koristi za proizvodnju samo toplotne ili samo električne energije, kombinovanu proizvodnju električne i tolpotne energije (u kogenerativnom postrojenju) ili kombinovanu proizvodnju, električne, tolpotne i rashladne energije (trigeneracija).

Sve je više zagvornika i u Evropi ali i u Srbiji da se biogas proizveden na većoj udaljenosti od industrijskog postrojenja ili od naselja ubacuje u mrežu prirodnog gasa kojom se isti transportuje do mesta potrošnje. Na ovaj način se dobija veća fleksibilnost upotrebe biogasa i omogućava veći stepen efikasnosti iskorišćenjem otpadne toplote sa generatorske jedinice¹.

Za bilo koju primenu poželjno je da se biogas najpre prečisti, odnosno da se uklone nepoželjni sastojci koji imaju negativan uticaj na životnu sredinu ili sastojci koji oštećuju delove biogas postrojenja. Najćešće se uklanjaju vodonik-sulfid (H2S), vodena para i eventualno ugljen-dioksid.

Prilikom korišćenja biogasa u kogenerativnom postupku, električna energija se kontinualno proizvodi i isporučuje u javnu električnu mrežu. Proizvodnja toplotne energije prati proizvodnju električne, ali njeno kontinualno korišćenje se u praksi veoma retko ostvaruje. Toplotna energija se gotovo uvek delom koristi za zagrevanje supstrata i administrativnih prostorija (oko 30%), dok se preostali deo najčešće upotrebljava za zagrevanje poljoprivrednih objekata u blizini.

Kada nema dodatnog toplotnog konzuma, neiskorišćena toplotna energija se predaje okolini vazdušnim hladnjakom. Radi povećanja efikasnosti postrojenja uvek je poželjno razmotriti i mogućnost iskorišćenja toplotne energije, a u letnjim mesecima za hlađenje, odnosno u trigeneraciji. Apsorpcione rashladne mašine nisu novo tehničko rešenje, ali primena trigeneracije u postrojenjima na biogas još uvek nije raširena, zbog visokih investicionih troškova, niskom efikasnošću same trigeneracije i relativno male potrebe za rashladnom energijom u našim uslovima.

 

 

Biogoriva 

 

Prema Zakonu o energetici² biogoriva su tečna ili gasovita goriva za saobraćaj, proizvedena iz biomase. Najčešće korišćeno gasovito biogorivo je biogas, dok su najrasprostranjenija tečna biogoriva etanol i biodizel. Etanol se koristi kao zamena za motorni benzin, a biodizel kao zamena za dizel gorivo. Druga podela odnosi se na podelu prema sirovinama i tehnologijama koje se koriste za proizvodnju biogoriva, pa se tako razlikuju:

Razlog uvođenja druge i treće generacije biogoriva kao pojma jeste smanjenje pritiska na druge privredne delatnosti (pre svega proizvodnju hrane), kao i zaštita životne sredine upotrebom materijala koji bi inače završili u prirodi kao otpad. U Evropskoj uniji se biogorivom više ne smatra bilo koje gorivo koje ima hemijske osobine biogoriva, već se mora dokazati da su ispunjeni složeni zahtevi takozvanih kriterijuma održivosti u lancu proizvodnje biogoriva. Poslednje izmene Direktive o obnovljivim izvorima energije³ se u velikoj meri odnose upravo na pooštravanje ovih kriterijuma. Pored zahteva koji se tiču zemljišta sa koga potiče poljoprivredna sirovina u slučaju da se od nje direktno proizvodi biogorivo, i poštovanja propisanih socijalnih standarda, ključan je kriterijum ograničenja emisija gasova sa efektom staklene bašte. Naime od država članica EU se zahteva da u sistemu verifikacije biogoriva dokažu da je emisija gasova sa efektom staklene bašte ispod propisanih granica, uzimajući u obzir ceo proizvodni lanac svakog registrovanog kontigenta biogoriva - od njive, odnosno izvora sirovine, do krajnjeg korisnika. Konkretno, od proizvođača biogoriva u novim postrojenjima (koja su počela sa radom posle 1. januara 2017. godine) zahteva se da uštede emisija gasova sa efektom staklene bašte budu preko 60%.

Ovako strogi zahtevi povlače za sobom složena i skupa tehnološka rešenja, što dodatno povećava cenu inače skupim biogorivima (u odnosu na benzin i dizel). Direktivom je propisano i da do 2020. godine sve zemlje članice EU osiguraju udeo OIE u transportu od najmanje 10%. Naizgled mali procenat, ali koji je vrlo teško dostići uz stroge uslove verifikacije (videti sliku 1).

Uporedo sa biogorivima, Direktiva zahteva ispunjenost kriterijuma održivosti i za biotečnosti. Biotečnost je tečno gorivo proizvedeno iz biomase, koje se koristi u energetske svrhe, osim za saobraćaj, uključujući proizvodnju električne energije i energije za grejanje i hlađenje⁴. Praktično, reč je o istim proizvodima, samo različite namene. Imajući u vidu da u sektoru proizvodnje električne i toplotne energije postoje značajno jefinije i jednostavnije metode za upotrebu OIE, Zakon o energetici, kao ni strateška dokumenta u oblasti energetike Republike Srbije ne daju veći značaj upotrebi biotečnosti.

 

Slika 1 - Udeo OIE u transportu zemalj EU za 2015. godinu⁵.

 

 

---