Pompy ciepła | Oświetlenie LED, żarówki LED | Kolektory słoneczne | Certyfikat energetyczny | Podłogówka

Wykorzystać Słońce - w słomie... Wzrasta rola odnawialnych nośników energii (słońca, wiatru, wody, biomasy oraz geotermii) w gospodarce światowej. Parlamenty krajów wysoko rozwiniętych podejmują uchwały, wzmacniające pozycje odnawialnych nośników energii we współzawodnictwie z konwe

Tu jest miejsce na reklamę. Zobacz cennik

Wzrasta rola odnawialnych nośników energii (słońca, wiatru, wody, biomasy oraz geotermii) w gospodarce światowej. Parlamenty krajów wysoko rozwiniętych podejmują uchwały, wzmacniające pozycje odnawialnych nośników energii we współzawodnictwie z konwencjonalnymi tj. węglem, ropą i gazem ziemnym. Celem tych uchwał jest ochrona środowiska i klimatu, a tu niezbędny postęp jest osiągalny jedynie przez wytwarzanie coraz większych ilości energii elektrycznej i ciepła z odnawialnych nośników energii.

Nie wolno zapominać nam i o tym, że wciąż jeszcze dwa miliardy mieszkańców naszej planety nie mają dostępu do energii elektrycznej, a dla wielu z krajów rozwijających się słońce jest jedynym źródłem energii użytecznej. W tym kontekście ważne są małe, wydajne i o niskich nakładach kosztowych systemy oraz agregaty dla wytwarzania energii elektrycznej, a przy okazji i ciepła.

Biomasa źródłem energii

Biomasa jako nośnik energii stanowi nie tylko w warunkach Polski główną pozycję wśród odnawialnych nośników energii, a jej potencjalne zasoby zapewniają co najmniej 20-procentowe pokrycie ogólnokrajowych potrzeb energetycznych do połowy bieżącego stulecia. Wiodącą pozycję stanowi rolnictwo, gdzie sporą część nieużytków można przeznaczyć już dziś na uprawę roślin energetycznych, wśród których najefektywniejszą jest trzcina chińska.

Podczas gdy energię wiatru, wody czy fotovoltaiczną można przemienić wyłącznie w elektryczną, której udział w globalnym, krajowym zużyciu wynosi 19%, to biomasę - będącą zmagazynowaną energią słoneczną - można przemienić w wiele form energii. Do ich wytwarzania stoją do dyspozycji następujące, różnorakie technologie: fermentacja, spalanie, zgazowanie, piroliza, wytwarzanie etanolu i metanolu, syntezy na bazie tlenku węgla i/lub wodoru, ogniwa paliwowe, elektrociepłownie z: kotłami parowymi, turbinami gazowymi i wiele innych. Są to procesy biologiczne, chemiczne i fizykalne, w wyniku których przetwarza się biomasę do wyrobów gazowych i płynnych. Przyszłościowo będzie rosła rola przemiany biomasy w wodór dla ogniw paliwowych, stosowanych tak w warunkach stacjonarnych, jak i w pojazdach.

Rozstrzygającymi kryteriami w doborze technologii uprawy określonej biomasy są korzystne bilanse energetyczne i ekologiczne tj. produktywność z hektara, unikanie szkodliwych dla środowiska zabiegów oraz możliwości naprzemiennej uprawy różnych roślin.

Przedstawmy stosowne obliczenia dla pełnego zaopatrzenia typowej wioski w energię elektryczną oraz ciepło z własnych upraw.

Należy podkreślić fakt, że ogólnoświatowy, roczny przyrost biomasy znacznie przewyższa obecne zapotrzebowanie nośników energii przez mieszkańców naszej planety. W przeliczeniu na wartość energetyczną, wszystkie roczne produkty spożywcze całej ludzkości świata stanowią zaledwie 2% wytwarzanej biomasy. Tylko na terenie RFN potencjalna dzisiejsza rezerwa biomasy obejmuje 2,343 petajouli (PJ), co odpowiada 16% zapotrzebowania na pierwotne nośniki energii wzgl. 24-procentowemu końcowemu zużyciu energetycznemu w tym kraju. Różnica między pierwotnym, a końcowym zapotrzebowaniem na energię wynika głównie ze strat cieplnych podczas wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach. Tymczasem w przypadku biomasy spora jej część bywa przetwarzana do ciepła oraz paliw płynnych (biodiesel), natomiast energia elektryczna jest produkowana z reguły w systemie kogeneracyjnym (to jest wspólnie z ciepłem) przy sprawności termicznej w granicach 80-90%. W dodatku ta różnica strat ulegnie jeszcze obniżeniu, jeśli uwzględni się przetwarzanie biomasy do różnorakich wyrobów rynkowych oraz dla budownictwa, które po ich zużyciu i tak są w większości zagospodarowywane dla celów energetycznych.

Źródła biomasy

Głównym dostawcą biomasy jest rolnictwo ogólnoświatowe w ilości 1.561 PJ/r. Następną pozycję zajmuje leśnictwo, skąd otrzymuje się - głównie w postaci drewna - 680 petajouli. Z terenów miejsko-gminnych oraz z przemysłu uzyskuje się rozmaite odpady o globalnej wartości energetycznej 102 PJ.

U podstaw energetycznego oraz materiałowego przetwarzania biomasy leżą oczywiście ogólnie uznawane działania w środowisku naturalnym, uwzględniające ochronę jego zasobów i klimatu w dłuższym horyzoncie czasowym. Stosowane metody uprawy biomasy, nakierunkowane ekologicznie na odciążenie naturalnych oraz zagospodarowywanych biotop (ekosystemów) winne uwzględniać:

• ochronę względnie powiększenie różnorodności roślin oraz zwierząt.
• unikanie erozji gruntów.
• unikanie wnikania środków ochrony roślin do wód gruntowych.
• unikanie emisji szkodliwych gazów, obciążających atmosferę, ziemię oraz obszary wodne.
• unikanie działań oraz metod uprawy roślin, zakłócających istniejący biotop.

Wymagane formy ekologicznego wykorzystania gruntów winny uwzględniać wysokie wskaźniki ich produktywności (wysokie plony przy relatywnie niskich nakładach ogólnych i energetycznych), aby w ostatecznym bilansie uzyskać nie tylko pokrycie zapotrzebowania na artykuły spożywcze oraz pasze, ale również na wytwórczość artykułów rynkowych oraz energii. Tylko tą drogą można uefektywnić rolnictwo, a mieszkańcom wsi poprawić zamożność. Do tego dochodzi intensywna oraz długotrwała gospodarka leśna, efektywniejsza niż na przestrzeni minionych stuleci.

Dziś uwzględnia się również wykorzystanie biomasy z obrzeży obszarów wodnych i dróg oraz z trawników i łąk miejsko-gminnych.

Magazynowanie i przetwórstwo

Granicą między suchą, a wilgotną biomasą - przewidzianą dla celów energetycznych - jest 15-procentowa zawartość wody. Jeśli po żniwach zebrana biomasa zawiera do 15% mas. wody, to jest ona stabilna w normalnych warunkach magazynowania i uznaje się takową za suchą. W przeciwnym przypadku zachodzą cuchnące procesy butwienia, a w dodatku występuje zagrożenie samozapłonem, przy czym - w ostateczności - w wyniku procesów gnilnych następuje zniszczenie zebranej biomasy.

W normalnie funkcjonujących gospodarstwach rolnych zawilgoconą biomasę przetwarza się na kiszonki paszowe przy pomocy bakterii kwasu mlekowego w warunkach fermentacji anaerobowej. Aby proces fermentacji przebiegał prawidłowo, biomasa wymaga rozdrobnienia i starannego ubicia (dla uzyskania wysokiej gęstości) oraz dostatecznej wilgoci (około 50%). Większość roślin uprawnych (poza drewnopodobnymi) można przetwarzać na kiszonki paszowe.

Dziś konieczna jest z jednej strony ekologicznie znośna produkcja biomasy, z drugiej jednak trzeba gospodarstwom stworzyć wreszcie szansę na zdecentralizowaną wytwórczość energii elektrycznej oraz ciepła z własnych zasobów. Utylizacja zawilgoconej biomasy jest właśnie taką szansą.

Najprostsza termicznie wypróbowaną i opanowaną w skali światowej jest beztlenowa fermentacja wilgotnej biomasy do biogazu (około 60% obj. CH4 i 40% CO2) oraz pozostałości, która wysuszona w naturalnych warunkach i zmieszana z 10% mas. pyłu skalnego (najefektywniej dolomitowego) jest wysokiej jakości nawozem. Do biomasy można oczywiście dodać gnojowicę i odpady z hodowli zwierząt. Część biogazu zużywa się na ogrzewanie fermentatora.

W przyszłości przetwórstwo wilgotnej biomasy będzie o 30% efektywniejsze na drodze jej zgazowania lub pirolizy. W tych procesach odwodnianie biomasy odbywa się w prasie ślimakowej do poziomu, jaki jest w węglu brunatnym i rozdrobnionych odpadach drzew. Dziś znajdują się już w testowaniu instalacje zgazowania biomasy, sprzężone z elektrogeneratorami, napędzanymi silnikami spalinowymi lub miniturbinami gazowymi o mocy elektrycznej powyżej 75 kW każda.

Trzeba w tym miejscu podkreślić, że w procesach zgazowania niezbędna jest określona ilość wilgoci, biorąca - jako surowiec - udział w produkcji gazu.

W naszym klimacie, na urodzajnych glebach oraz przy przeciętnych opadach można rocznie zebrać 18-25 ton/ha (w przeliczeniu na suchą masę) roślin energetycznych, co odpowiada 8000-11000 litrów lekkiego oleju opałowego (Ekotermu z PKN "ORLEN").

Energia dla wsi

Typowa wioska na terenie Bawarii w Niemczech, licząca 500 mieszkańców, zużywała w roku 1999 energii elektrycznej oraz ciepła (w przeliczeniu na lekki olej opałowy) w ilościach ujętych tabelą 1.

Tabela 1

Zużycie i koszta energii elektrycznej oraz ciepła przez wieś z 500 mieszkańcami na terenie Bawarii, RFN.

Koszta x 0,20 DEM/kWh = 200 000 DEM x 0,6 DEM/litr = 330 000 DEM
Razem wydano 530 000 DEM

Zaspokojenie potrzeb energetycznych typowej wioski opiera się na przetwarzaniu wilgotnej biomasy w klasycznej instalacji beztlenowej fermentacji do biogazu. Ten zostaje zużyty w silniku spalinowym, sprzężonym z elektrogeneratorem. Uwzględnia się możliwość wykorzystania ciepła spalin z silników do wytwarzania ciepłej wody na potrzeby mieszkańców wioski.

W okresie zimowym dodatkowa centralna ciepłownia wiejska jest ogrzewana słomą. W tym bilansie podano relatywnie niskie zbiory biomasy w przeliczeniu na ha, aby wytworzoną rezerwą uwzględnić ostrzejsze zimy lub anomalia atmosferyczne, obniżające zbiory plonów. Nadmiar wytworzonej energii elektrycznej jest oczywiście sprzedawany do ogólnokrajowej sieci.

Pozyskana wartość z przetworzonej, wilgotnej biomasy do energii elektrycznej wynosi 400 000 DEM, a z ciepła: 100 000 DEM. Z tej ostatniej trzeba jednak odjąć 20 000 DEM, gdyż w okresie letnim nie udało się zagospodarować całej ilości ciepłej wody. Natomiast z zagospodarowania słomy we własnej, centralnej ciepłowni, uzyskano wpływy w wysokości 730 000 DEM. Jeżeli jednak uwzględni się wykorzystanie 130 ha powierzchni uprawy roślin energetycznych na wytwórczość zboża lub rzepaku, to trzeba powyższą kwotę obniżyć o około 230 000 DEM.

W ostatecznym jednak bilansie wioska zyskała około 500 000 DEM dodatkowej wartości rocznie poprzez pokrywanie swoich potrzeb na energię elektryczną oraz ciepło z własnej elektrociepłowni i zimowej ciepłowni, przetwarzających wilgotną biomasę i słomę.

Te obliczenia odnoszą się również do polskiego rolnictwa, które w dalszej perspektywie nie może zrezygnować z tak znacznych możliwości ekonomicznego uefektywniania oraz poprawy warunków bytowania naszych rolników.

Wykorzystać Słońce - w słomie