Biomasa

Biomasa (eng. biomass, njem. Biomasse) odnosi se na živuću ili donedavno živuću materiju, biljnog ili životinjskog porijekla,[1] koja se može koristiti kao gorivo ili za industrijsku proizvodnju. Najčešće se koristi direktno u konačnoj potrošnji energije za grejanje, kuvanje ili zagrevanje tople vode, ali se može koristiti i za proizvodnju električne energije i toplote, te se odnedavno sve više koristi za proizvodnju biogoriva. Takođe se može koristiti u industriji za proizvodnju vlakana i hemikalija. Biomasa je obnovljivi izvor energije, a uopšte se može podeliti na drvnu,[2] nedrvnu i životinjski otpad, unutar čega se mogu razlikovati:

  • Drvna biomasa
    • Ostaci i otpad nastao pri piljenju, brušenju, blanjanju...
    • Često je to otpad koji opterećuje poslovanje drvno-prerađivačke firme
    • Služi kao gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, brikete, pelete
    • Jeftinije je i kvalitetnije gorivo od šumske biomase
  • Ostaci i otpaci iz poljoprivrede
    • Slama, kukuruzovina, oklasak, stabljike, koštice, ljuske...
    • To je heterogena biomasa različitih svojstava
    • Ima nisku ogrjevnu vrednost zbog visokog udela vlage i različitih primesa (hlor!)
    • Prerađuje se presovanjem, baliranjem, peletiranjem
    • Danska: instalirana je elektrana na ostatke žitarica od 450 MW!
  • Životinjski otpad i ostaci
    • Anaerobna fermentacija (izmet – sve vrste životinja + zelena masa)
    • Spaljivanjem (stelja, lešine – peradarske farme)
    • Bioplin (60% metana, 35% CO2 te 5% smeše vodonika, azota, amonijaka, vodonik sulfida, CO, kiseonika i vodene pare)
  • Biomasa iz otpada
    • Zelena frakcija kućnog otpada
    • Biomasa iz parkova i vrtova s urbanih površina
    • Mulj iz kolektora otpadnih voda

Najčešće se koristi drvna masa koja je nastala kao sporedni proizvod ili otpad te ostaci koji se ne mogu više iskoristiti. Takva se biomasa koristi kao gorivo u postrojenjima za proizvodnju električne i toplotne energije ili se prerađuje u gasovita i tekuća goriva za primenu u vozilima i kućanstvima.

Biomasa ne uključuje organske materije koje su promenjene raznim geološkim procesima u materije poput nafte i uglja.

99woodgas
Automobil Saab 99 s pogonom na drvni gas (drvna biomasa), snimljen u Finskoj. Pirolitički kotao se nalazi u prikolici.
Holzvergaser Güssing
Postrojenje za formiranje drvnog gasa (vrste sintetskog gasa) u Novom Gradu ili Güssingu (Gradišće, Austrija), koji koristi drvenu piljevinu.

Uticaj na životnu sredinu

Biomasa je deo zatvorenog ugljeničnog kruga. Ugljenik iz atmosfere preuzimaju u biljke, prilikom spaljivanja ugljenik se ponovno oslobađa u atmosferu kao ugljen-dioksid(CO2). Dok god se poštuje princip obnovljivog razvoja (zasadi se onoliko drveća koliko se poseče) ovaj oblik dobivanja energije nema značajnog uticaja na životnu sredinu.

Biomasa se smatra obnovljivim izvorom energije i često se naziva ugljenično neutralno gorivo, mada ono ipak može doprinjeti globalnom zagrevanju. To se događa kad se poremeti ravnoteža seče i sađenja drveća, na primjer kod krčenja šuma ili urbanizacije zelenih površina. Kada se biomasa koristi kao gorivo umesto fosilnih goriva ono ispušta jednaku količinu CO2 u atmosferu. Ugljenik iz biomasa koji sačinjava otprilike pedeset posto njene mase je već deo atmosferskog ugljeničnog kruga. Biomasa apsorbuje CO2 tokom svog životnog ciklusa te ga ispušta nazad u atmosferu kad se koristi za dobivanje energije. Kod fosilnih goriva je to drugačije jer se kod njih ugljenik izdvaja iz dugotrajnih spremnika, u kojem bi inače bio zauvijek zarobljen, i ispušta u atmosferu.

Šta više, biomasa dobijena sečom šuma je u poslednje vrijeme kritikovana od strane raznih organizacija za zaštitu životne sredine poput Greenpeace i Odbora za zaštitu prirodnih resursa, zbog njihovog štetnog uticaja na šume i klimu. Seča šuma s ciljem dobivanja energije otklanja više hranjivih materija nego redovita seča što utiče na ekosistem i buduće zdravlje šume. Još jedan problem koji organizacije navode je emisija ugljenikovog dioksida. Po njihovim istraživanjima je puno više vremena potrebno da bi šuma emitirala istu količinu (CO2) koji bi bio emitiran izgaranjem biomase (u područjima sa manje šuma to vreme je još duže). Uz to, postoji i zabrinutost da bi moglo doći do poremećaja u tlu na kojem je šuma posečena, što bi moglo dovesti do dodatne emisije (CO2) koji je u tom tlu bio zadržan.

Procesi pretvaranje biomase u iskoristivu energiju

Toplotno pretvaranje

Top 5 Biomass-Electricity Countries
Trend proizvodnje električne energije pomoću biomase

U procesima toplotnog pretvaranja toplota je korištena kao dominantan mehanizam za pretvaranje biomase u neki drugi hemijski oblik. Energija dobijena izgaranjem biomase (npr. izgaranje drva) je najviše korištena u područjima gde šume rastu brže i gušće. Takva područja su npr. tropska područja, a takva energija dobijena izgaranjem se naziva dendrotermalna energija. Takođe, postoje procesi koji služe kao međukoraci pri dobijanju iskoristive energije. Koriste se ređe, više po potrebi a katkad i eksperimentalno. U te procese se ubrajaju: hidrotermalno nadograđivanje i hidrodesulfurizacija. Cilj takvih procesa je prebacivanje postojeće biomase u lakše obradljivu formu. Na primer – morski mulj je prevlažan za normalne procese prerade, pa se koriste procesi hidroobrade kako bi ta vrsta biomase bila pogodnija za dalju obradu. Takođe, toplotna prerada biomase se koristi i u tehnologijama poput CHP (Combined Heat and Power) i tehnologiji suspaljivanja (co-firing) čijim se korištenjem povećava sveukupna efikasnost. U tipičnoj elektrani na biomasu u kojoj se ne koriste te tehnologije, efikasnost je u intervalu od 7-27%, dok pri korištenju tehnologije suspavljivanja (npr. biomasa i ugalj) efikasnost raste do otprilike 40%.

Hemijsko pretvaranje

Hemijski procesi se koriste da bi se omogućila prerada biomase u neki korisniji oblik – najčešće za proizvodnju goriva koje se najviše koristi, ili čak za iskorištavanja svojstava samog procesa. U većini slučajeva prvi korak u hemijskim procesima sa biomasom je gasifikacija, a taj korak je ujedno i najskuplji te predstavlja najveći tehnički rizik. Gasifikacija se odvija pri atmosferskom pritisku, jer za razliku od tečnosti i gasova, biomasu je puno teže staviti u nekakvu posudu pod pritiskom. Posledica odvijanja procesa gasifikacije pri atmosferskom pritisku je nepoptuno izgaranje biomase zbog ćega u dimnim plinovima postoje udeli gorivih gasova poput ugljen monoksida, vodonika i tragova metana. Tako prerađena biomasa može služiti kao gorivo u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem ili kao zamena za ulje za loženje. Proces gasifikacije biomase je jako koristan jer se sve vrste biomase mogu podvrgnuti tom procesu te zbog lakoće pretvaranja čvrstog otpada u korisno gorivo.

Takođe, pretvaranje biomase u biogorivo može se izvesti i selektivnim pretvaranjem individualnih komponenti. Na primer, celuloza se može razgraditi na sorbitol, glukozu itd. Ti sastojci se onda naknadno podvrgavaju raznim procesima čime se dobijaju vodonična i ugljovodonična goriva.

Biohemijsko pretvaranje

Kako je biomasa prirodni materijal, mnoštvo visoko efikasnih biohemijskih procesa je nastalo s ciljem razgrađivanja strukture samog materijala biomase. U procesima biohemijskog pretvaranja se koriste različiti mikroorganizmi, bakterije i enzimi s ciljem razgradnje biomase. Mikroorganizmi se koriste u procesima fermentacije, kompostiranja i anaerobne digestije otpada.

Kruta biomasa

Stack of firewood
Drvo za ogrev

Kruta biomasa uključuje drvo, poljoprivredne i ostale organske nusproizvode i otpad.

Kruta biomasa se može spaljivati i tako se iz nje može dobiti toplotna energija za grejanje ili proizvodnju električne energije, a može se raznim postupcima pretvoriti u biogoriva ili biogas te se kao takva koristiti za dobivanje energije.

  • Neki postupci prerade i uporabe biomase
    • kompostiranje (u svrhu dobivanja gnojiva)
    • anaerobna digestija (biomasa trune u svrhu dobivanja metana i taloga koji se koristi kao đubrivo)
    • fermentacija i destilacija (za dobivanje etilnog alkohola)
    • destruktivna destilacija (proizvodi metilni alkohol iz otpada bogatih celulozom)
    • piroliza (zagrijavanje organskog otpada bez prisustva vazduha u svrhu proizvodnje zapaljivog gasa i ugljena)
    • spaljivanje u svrhu dobivanja topote i električne energije
    • građevinski materijali
    • biorazgradive plastike i papir (korištenje celuloznih vlakana)
Proizvodnja energije iz primarne biomase - Svet - 2004.
Primarna biomasa
Proizvodnja električne energije (bruto) 128557 GWh
Proizvodnja toplotne energije (bruto) 2244721 TJ

Biogoriva

Biodieselraffinerie-01
Rafinerija biodizela u Austriji

Biogoriva su goriva koja se dobijaju preradom biomase. U posljednjih nekoliko godina, proizvodnja i potrošnja biogoriva rastu. Ekološki su daleko prihvatljivija od fosilnih, ali im je proizvodnja još uvek skuplja. Najintenzivnija proizvodnja je u Brazilu, iz šećerne trske, te u SAD, iz kukuruza. Glavna biogoriva su bioetanol i biodizel.

Bioetanol predstavlja alternativu benzinu. Proizvodi se iz šećerne trske, kukuruza, ječma, krompira, suncokreta, žita, drva i još nekih biomasa. Najintenzivnija proizvodnja je u Brazilu. Evropska unija već troši znatne količine bioetanola.

Biodizel predstavlja alternativu običnom dizelu proizvedenom iz fosilnih goriva. Proizvodi se najviše iz uljarica (uljane repice, soje, suncokreta, palminih ulja), biorazgradiv je i nije opasan za životnu sredinu. U nekim zemljama Europske Unije, biodizel je već zastupljen u gorivima (u određenom postotku), te takođe neka vozila već mogu voziti na 100%-tni biodizel.

Biogas

Biogasholder and flare
Spremnik za biogas

Biogas se proizvodi energetskim transformacijama iz životinjskog izmeta, kanalizacijskog otpada i krute biomase, u anaerobnim usloma. Prvenstveno se sastoji od metana i ugljik-dioksida. Može se koristiti kao pogonsko gorivo za vozila, a njegovim pročišćavanjem može se dobiti i gas koji je čist poput prirodnog.

Biogas se može koristit za dobivanje električne energije, grejanje vode i prostorija, te u industrijskim procesima. Ako se komprimuje, može zameniti prirodni gas koji se koristi u automobilima sa motorima sa unutarnjim sagorevanjem.

Reference

  1. ^ Biomass Energy Center. Biomassenergycentre.org.uk. Приступљено 2012-02-28.
  2. ^ T.A. Volk; L.P. Abrahamson; E.H. White; E. Neuhauser; E. Gray; C. Demeter; C. Lindsey; J. Jarnefeld; D.J. Aneshansley; R. Pellerin; S. Edick (15. 10. 2000). „Developing a Willow Biomass Crop Enterprise for Bioenergy and Bioproducts in the United States”. Proceedings of Bioenergy 2000. Adam's Mark Hotel, Buffalo, New York, USA: North East Regional Biomass Program. OCLC 45275154. Приступљено 16. 12. 2006.

Vidi još

Spoljašnje veze

Lignini

Lignini su kompleksni polimeri aromatičnih alkohola. Najčešće se dobijaju iz drveta i sastavni su deo ćelijskih zidova biljaka (Lebo et al., 2001) i nekih algi (Martone et al., 2009).

Lignini (lignum-drvo) nastaju daljom polimerizacijom lignana (dimeri, koji se u prirodi uglavnom nalaze u obliku glikozida). Pored celuloze i hemiceluloze glavni su sastojci lignoceluloznog materijala (oko 30%).

Policiklični aromatični ugljovodonik

Policiklični aromatični ugljovodonici (PAH, poliaromatični ugljovodonici) su ugljovodonična—organska jedinjenja koja sadrže samo ugljenik i vodonik — koja se sastoje od višestrukih aromatičnih prstenova (organski prstenovi u kojima su elektroni delokalizovani). Formalno se ova klasa dalje definiše kao grupa molekula koji nemaju dodatne razgranavajuće supstituents na prstenovima. Polinuklearni aromatični ugljovodonici (PNA) su podskup PAH koji imaju stopljene aromatične prstenove, drugim rečima prstenove koji dele jenu ili više strana. Najjednostavnijji takav molekul je naftalin sa dva aromatična prstena, a jedinjenja sa tri prstena su antracen i fenantren.

PAH molekuli su neutralni i nepolari. Oni se nalaze u naslagama uglja i katrana. Oni isto tako nastaju putem nepotpunog sagorevanja organskih materija (e.g., u mašinama i pećima, kad biomasa sagoreva u šumskim požarima, etc.).

PAH molekuli su izobilni u svemiru, i smatra se da su formirani rano tokom prvih par milijardi godina nakon Velikog praska, u skladu sa formiranjem novih zvezda i ekzoplaneta. Pojedine studije sugerišu da PAH sačinjavaju značajan procenat svog ugljenika u svemiru, i PAH molekuli se razmatraju kao mogući početni materijali za abiologške sinteze materijala koji su neophodni za najranije forme života.

Proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije koristi električnu potencijalnu energiju koja nastaje odvajanjem elektrona iz elektronskih omotača atoma. Odvajanje se može postići elektromehaničkim energetskim pretvaranjem (elektromagnetska indukcija), termoelektričnim (termoelektrični efekat), termojonskom, fotoelektričnim pretvaranjem (fotoelektrični učinak ili fotoefekt kao na primer kod fotonaponske ćelije), direktnim pretvaranjem hemijske u električnu energiju u gorivnom članku, magnetohidrodinamičkim generatorom. Jedna je od bitnih karakteristika električne energije je da se ona ne može uskladištiti, nego se mora proizvoditi onda kada je potrebna. Zbog toga se Elektrane i elektroenergetske mreže|elektrane i celi elektroenergetski sistem izgrađuju tako da mogu trenutno zadovoljiti potražnju za električnom energijom. Izvori električne struje u svakodnevnom životu dakle mogu biti:

mehanički, i to električni generatori jednosmerne i nazmenične struje u kojima se mehanički rad pretvara u električnu energiju,

hemijski, i to galvanski članci i akumulatori koji proizvode električnu energiju na račun hemijskih procesa koji se u njima zbivaju,

fotonaponske ćelije koje energiju svetlosti pretvaraju u električnu energiju,

termočlanci ili termoelementi u kojima se toplotna energija pretvara u električnu (termoelektricitet).

Sagorevanje

Gorenje ili izgaranje je hemijska promena, kod koje dolazi do oksidacije gorivih sastojaka nekog goriva. To je proces između goriva i oksidansa, u kojem se stvara toplota zbog promene hemijskih sastojaka. Uz oslobađanje toplote može se pojaviti svetlost, u obliku žarenja ili plamena. Goriva su najčešće organske materije (posebno ugljovodonici) u gasovitom, tečnom ili čvrstom stanju.

Kod potpunog izgaranja, gorivi sastojci reaguju sa oksidansima, kao što su kiseonik ili fluor, i proizvode su jedinjenja hemijskih elemenata goriva sa oksidansima. Na primer:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + energijaCH2S + 6 F2 → CF4 + 2 HF + SF6Jednostavan primer može biti gorenje vodonika i kiseonika, koje se koristi za pogon raketnih motora:

2 H2 + O2 → 2 H2O(gas) + toplotaRezultat je vodena para.

Potpuno izgaranje je gotovo nemoguće postići. U stvarnosti, gorenjem dolazi do hemijske ravnoteže, gde je prisutan velik broj različitih hemijskih jedinjenja, u većem ili manjem udelu, kao recimo ugljen-monoksid ili čisti ugljenik (čađ ili pepeo), uz proizvode gorenja. Dodatno, gorenje u atmosferskom vazduhu, koji je 78% azot, stvara čitav niz azotnih oksida.

Ugljenični ciklus

Ugljenični ciklus je biogeohemijski ciklus, u kojem se ugljenik razmenjuje između biosfere, pedosfere, geosfere, hidrosfere i atmosfere na Zemlji. To je jedan od najvažnijih ciklusa na Zemlji i omogućave da ugljenik ponovno iskoriste novi organizmi.

Ugljenični ciklus su otkrili Antoan Lavoazje i Džozef Pristli, a kasnije je ideju razvio Hamfri Dejvi.

На другим језицима

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.