1/47
Biomasa energetické využití druhy biomasy statistiky
2/47
Biomasa tradiční zdroj základní zdroj energie v minulosti energetický potenciál 10x převyšuje energetické potřeby společnosti
Průmyslová revoluce Budoucí transformace Přechod k fosilním palivům Odklon od fosilní energie -4000
-3500
-3000
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
OZE (biomasa)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
uhlí ropa zemní plyn jaderná energie III.
3500
4000 4500 5000
R/P = 155 let R/P = 42 let R/P = 67 let R/P = 85 let
3/47
Biomasa největší využitý potenciál z OZE v ČR podílí se 90 – 97 % na produkci tepla z OZE podílí se 30 - 40 % na produkci elektrické energie z OZE největší konkurent využití fosilních paliv: uhlí (teplo, elektrická energie)
4/47
Biomasa lokální zdroj – dostupný v dané lokalitě pěstování podporuje místní zaměstnanost využití podporuje místní ekonomiku rozvoj regionů decentralizace zdrojů, energetická soběstačnost
5/47
Biomasa – podle druhu živočišného původu exkrementy – zemědělská produkce, stájová zvířata odpady – skládkování, čistírenské kaly
rostlinného původu – fytomasa dřevní hmota (odpadní) – palivové dřevo, štěpka, pelety, brikety stébelniny, sláma, traviny – balíky, agro-pelety energetické rostliny - cíleně pěstované dřeviny (štěpka), obiloviny a traviny (balíky) plodiny – olej (semena), cukry (ovoce, cukrová řepa, aj.), škroby (kukuřice, brambory, aj.) fytomasa je základem veškeré produkované biomasy (potravní řetězec)
6/47
Biomasa – podle původu I. lesní biomasa dendromasa – dřevní hmota, zbytky po těžbě
zemědělská biomasa část zemědělských produktů, seno z luk a pastvin cíleně pěstované energeticky využitelné plodiny, obiloviny, olejniny rychle rostoucí dřeviny a traviny pěstované na zemědělské půdě
odpadní biomasa (ze zemědělské a potravinářské výroby) vedlejší produkty ze zpracování primárních zdrojů rostlinné nebo živočišné biomasy dřevovýroba, průmysl papíru, potravinářský průmysl, lihovarnický průmysl, zemědělství
7/47
Biomasa – podle původu II. (odpadní) dřevní biomasa z lesnictví a dřevoprůmyslu větve, kůra, odřezky, piliny, hobliny, třísky
(odpadní) biomasa ze zemědělské a potravinářské výroby zbytky po sklizni – sláma zvířecí exkrementy - kejda odpady z potravinářství – jateční odpady
záměrně pěstovaná energetická biomasa rychlerostoucí dřeviny (topol, vrba), obiloviny a traviny (čínský rákos, šťovík, aj.) cukernaté a škrobnaté plodiny (řepa, kukuřice) olejniny (řepka, slunečnice)
8/47
Energetická biomasa – „pěstování energie“ energetické aspekty náhrada fosilních paliv snížení dovozu paliv zvýšení zásob tuzemských paliv
sociální aspekty nepotravinářská produkce na 1 mil ha půdy (orné+louky) nevyužité pro potraviny, nekonkuruje na přetíženém trhu potravin = využití nadbytečné půdy lokální zaměstnanost lokální energetika lokální ekonomika
9/47
Energetická biomasa – „pěstování energie“ ekologické aspekty intenzivní vegetace CO2 z ovzduší odčerpáno pro fotosyntézu důsledné a účelné obdělání půdy, údržba krajiny, péče o krajinu protierozní opatření, zadržení vody v krajině nové druhy, druhová diverzita, stabilita ekosystémů likvidace odpadů, efektivní nakládání se zemědělskými odpady a přebytky
10/47
Energetické využití biomasy přímé spalování (pevná paliva) sekundární paliva: suché procesy zplyňování - dřevní plyn, procesní plyn pyrolýza - pyrolýzní olej, plyn
sekundární paliva: mokré procesy fermentace, etanolové kvašení, destilace – bioetanol (biolíh), biometanol drcení, lisování, extrakce - surový olej esterifikace surových olejů - methylestery olejů, bionafta anaerobní digesce - bioplyn neřízená fermentace - skládkový plyn
11/47
Paliva z biomasy (biopaliva) pevná paliva palivové dřevo, dřevní štěpka, pelety, brikety, kůra, piliny
kapalná paliva bioetanol, biometanol, ETBE surové rostlinné oleje pyrolýzní oleje
plynná paliva bioplyn (CH4+CO2) dřevoplyn (CO+CH4) syntézní plyn (CO+ CH4 + CO2 + H2)
12/47
Fytomasa, dendromasa organické látky rostlinného původu sacharidy, polysacharidy: glukóza (C6H12O6), škroby, celulóza (C6H10O5) lignin (amorfní polyfenol, dřevovina)
rostlinná – lignocelulózová biomasa mokré (hydrolytické) procesy, enzymatické procesy s využitím mikroorganismů - produkty pro farmaceutický, kosmetický, potravinářský a chemický průmysl
dřevní – celulózoligninová biomasa suché procesy: zplyňování, pyrolýza - produkty pro energetické využití
13/47
Fytomasa, dendromasa fotosyntéza zachycování slunečního záření, syntéza organických sloučenin z CO2, H2O pomocí chlorofylu (zelené barvivo, katalyzátor fotosyntézy) 6 CO2 + 6 H2O (+ stopové prvky z půdy) + sluneční energie = C6H12O6 + 6 O2 fytomasa = obnovitelné palivo, akumulovaná sluneční energie
uhlíkový cyklus uhlík je při tvorbě fytomasy odstraňován z atmosféry a ukládán do organického materiálu fytomasa = neutrální z hlediska CO2 (dohoda: emisní faktor CO2 = 0) nutné sledovat emise CO, CxHy, prachu, NOx
14/47
Paliva z fytomasy – dřevní hmota polenové (kusové) dřevo řezání, štípání zbytková biomasa využití v domácnostech nízká cena vysoké nároky na skladovací prostor nízký podíl automatizace kotle s ručním přikládáním
15/47
Paliva z fytomasy – dřevní hmota štěpka velikost 1 až 10 cm
zelená štěpka čerstvý klest z lesní těžby (jehličí, listí) pro elektrárny, spalovny
hnědá štěpka starý klest: více kůry, bez jehličí nízká vlhkost, dobré skladování
bílá štěpka odkorněné dřevo, pily, výroba desek automatické kotle (sypké palivo)
16/47
Těžba a zpracování dřevní biomasy těžba dřeva 70 % se využije pro další zpracování 30 % z těžby je odpad (těžební zbytky) dalších 25 % je odpad ze zpracování dřeva
17/47
Zpracování těžebních zbytků těžební zbytky (klest) zdroj živin pro půdu, ochránci varují před „vyčištěním“ lesa zeminou znečištěná biomasa drtiče pro znečištěnou biomasu štěpkovače pro čistou odvoz balíků klestu ke zpracovateli
18/47
Zpracování těžebních zbytků
19/47
Paliva z fytomasy – energetické dřeviny rychlerostoucí dřeviny odrůdy topolu odrůdy vrby produkční (výmladková) plantáž, 3-6 let opakovaná sklizeň štěpka pro automatické kotle
důvody zdroje odpadní biomasy jsou omezené neexistuje trh s biomasou – lokální charakter cíl: 50 – 60 % biomasy cílené pěstovat
japonský topol
20/47
Paliva z fytomasy – energetické dřeviny
21/47
Paliva z fytomasy - stébelniny sláma nízká hustota slisované balíky vysoký obsah těkavé složky (80 %) vysoký obsah Cl (hnojiva, močůvka) vysoký obsah popelovin nízký bod měknutí, tání a tečení popela speciální kotle na slámu
22/47
Paliva z fytomasy - traviny traviny, rychlerostoucí rostliny jednoleté: laskavec, konopí víceleté: není nutné zakládat porosty, úspora za osiva miscanthus (sloní tráva) – nutné sázet, náklady na založení plantáže, teplejší oblasti, rovnoměrné srážky – omezeně využitelná v ČR šťovík uteuša (Rumex OK2) – vyšlechtěný (zemědělská plodina, nikoli plevel), vytrvalost porostů, výška 1,8 - 2,5 m, výnos 10 t/ha sveřep pro pelety a brikety, automatické nebo ruční kotle spalování ve velkých zařízeních
23/47
Paliva z fytomasy – standardizovaná paliva dřevěné brikety kvalitní odpadní dřevo – piliny, hobliny vysokotlaké lisování bez pojiv vysoká výhřevnost min. 16,5 MJ/kg rozměr 40-100 mm, délka 30 cm
agrobrikety dostupnější materiál stébelniny, sláma z řepky, výlisky z olejnin vysoký obsah popela výhřevnost od 12 do 19 MJ/kg kotle s ručním příkládáním
24/47
Paliva z fytomasy – standardizovaná paliva dřevěné (bílé) pelety kvalitní čisté odpadní dřevo – piliny lisování za vysokých tlaků bez pojiv průměr 6 až 8 mm, délka do 50 mm vysoká výhřevnost min. 16,5 MJ/kg
agropelety (hnědé, alternativní) seno, řepková sláma, otruby nelze spalovat ve stejných kotlích jako bílé pelety - vysoký obsah popela výhřevnost 15,4 MJ/kg automatické kotle (sypné palivo) malé i velké zdroje
25/47
Chemické složení biomasy
40-50 %
4-6 %
40-45 %
vysoký obsah kyslíku (O) na úkor uhlíku (C) nižší výhřevnost obsah prchavé hořlaviny:
dřevní hmota 75 % sláma, traviny: 80 – 85 %
26/47
Obsah popelovin (anorganické látky) podle druhu biomasy sláma, traviny: 3 – 5 % kůra: až 6 % dřevní hmota: < 2 % dřevní pelety: < 1 % rostlinné pelety: až 5 %
závisí i na způsobu pěstování skladování
černé uhlí
10-15 %
hnědé uhlí
10-30 %
uhelné brikety
10-40 %
27/47
Obsah popelovin (anorganické látky) teplota tavení popela u většiny druhů fytomasy je vysoká
1100 až 1200 °C
sláma, traviny
800 až 900 °C
pokud teplota tavení < teplota plamene tavení popela zalepování roštu a zapékání nutno kombinovat dvě paliva – nízkotající popel + vysokotající popel speciální kotle
28/47
Obsah popelovin (anorganické látky) obsah popela vliv na technologii spalování struskování v topeništi, spékavost, zanášení tahů kotle (lehčí frakce) snížení přestupu tepla, účinnosti
chemické složení vysoký obsah živin vápník – uhličitan vápenatý draslík – uhličitan draselný hořčík, fosfor využití jako vápenatodraselné hnojivo koncentrace rizikových prvků (arsen, kadmium, chrom, olovo)
29/47
Další látky v biomase síra dřevní hmota: minimální obsah sláma, traviny: 0,05 – 0,25 % zdroj: hnojiva
chlor, halogenované sloučeniny sláma, traviny: 0,15 – 0,70 % hnojiva, močůvka (ze solného lizu hospodářských zvířat) rizikové látky, emise dioxinů koroze teplosměnných ploch
30/47
Vlhkost definice pro energetické využití mw hmotnost vody ve vzorku W= = m hmotnost puvodniho vlhkého vzorku
typické hodnoty čerstvá dřevní fytomasa: 40 až 60 % zelené rostliny: až 80 % dřevo po 1 – 2 letech sušení venku: 15 až 20 % pelety, brikety: < 10 %
závisí na způsobu a délce uskladnění
31/47
Vlhkost biomasy vliv na výhřevnost účinnost
18,6 MJ/kg
výkon spotřebu paliva
kvalitu spalování emise životnost kotle
H=
18,6 ⋅ (100 − W ) − 2,453 ⋅ W 100
[MJ/kg]
vytěžené dřevo 60 % lze spálit, ale neefektivně
32/47
Energetický obsah v biomase výhřevnost množství tepla, které získáme spálením (oxidací) 1 kg dřeva zjišťuje se kalorimetricky
spalné teplo vyšší o skupenské teplo vodního obsahu rozdíl lze uvolnit kondenzací ze spalin
33/47
Výhřevnost biomasy (pro W = 15 %) Výhřevnost [MJ/kg]
Hustota [kg/m3]
Výhřevnost [MJ/m3]
dub, jasan
15,1
690
10 419
topol, olše, javor, vrba
14,8
630
9 324
buk
14,4
700
10 080
borovice, modřín
15,8
520
8 216
smrk, jedle
16,2
440
7 128
pelety (W < 10 %)
17 - 18
1000 – 1400
19 500 – 21 100
hnědé uhlí tříděné
14 – 20
900 – 1200
12 600 – 24 000
Typ dřeva (vlhkost)
nízký energetický obsah: vyšší nároky na prostory topenišť, skladů paliva, nákladnou manipulaci ... koncentrované formy paliv (pelety)
34/47
Charakteristické vlastnosti
35/47
Dostupný potenciál biomasy v ČR PJ Zemědělská biomasa
194
Lesní biomasa
50
Zbytková biomasa
32
Celkem
276
Odhad vývoje využití do roku 2030 rok PJ
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 82
90
98
108
117
128
139
151
162
172
184
194
204
214
2030 246
Zdroj: Asociace pro využití obnovitelných zdrojů energie Zdroj: E. Sequens
36/47
Využití biomasy v ČR – statistika (2009)
současné využití biomasy: 100 PJ zdroj: Bufka, MPO
37/47
Výroba el. energie z biomasy v ČR (2009)
zdroj: Bufka, MPO
38/47
Výroba tepla z biomasy v ČR (2009)
zdroj: Bufka, MPO
39/47
Využívání biomasy pro vytápění v ČR
nárůst do 2007
zdroj: Bufka, MPO
40/47
Využívání biomasy pro vytápění v ČR
nárůst do 2007 zdroj: Bufka, MPO
41/47
Využívání pelet v ČR
zdroj: Bufka, MPO
42/47
Využívání pelet v ČR výroba pelet roste využití pelet v tuzemsku roste avšak je marginální
vývoz většiny produkce dřevěných pelet do Rakouska, Německa (Itálie) roste dovoz dřevěných pelet z Ukrajiny a Slovenska
roste využití rostlinných pelet (nulový vývoz) především ve velké energetice roste dovoz rostlinných pelet z Ukrajiny a Slovenska zdroj: Bufka, MPO
43/47
Využívání pelet v ČR
zdroj: Bufka, MPO
44/47
Využívání briket v ČR
zdroj: Bufka, MPO
45/47
Využívání briket v ČR výroba dřevěných briket stagnuje (omezení kapacitou výroby a cenou suroviny) využití briket v tuzemsku roste avšak je marginální
vývoz části produkce, významný nárůst dovozu dřevěných briket z Ukrajiny a Slovenska
produkce a spotřeba rostlinných briket zanedbatelná
zdroj: Bufka, MPO
46/47
Vývoz biomasy z ČR
zdroj: Bufka, MPO
47/47
Energetické využití biomasy v ČR (2009)
celulózové výluhy: papírenský průmysl
zdroj: Bufka, MPO
