Czym w ogóle jest „biomasa”?
Encyklopedia da nam ogólną odpowiedź, że jest to suma wszystkich substancji tworzących ciała wszystkich organizmów. Nie ma znaczenia, czy są to bakterie, grzyby, rośliny czy zwierzęta. Dla naszych potrzeb wybierzemy „biomasę energetyczną” lub prościej „biopaliwa” jako część OZE (Odnawialnych Źródeł Energii), które mogą być wykorzystywane jako źródło energii.
Biopaliwa są dalej dzielone na stałe, ciekłe i gazowe według różnych kryteriów.
Interesuje nas biopaliwo stałe, które dzieli się według pochodzenia na biomasę odpadową (odpady z przemysłu drzewnego, pierwotnej produkcji rolnej, utrzymania krajobrazu, leśnictwa lub bioodpadów komunalnych) oraz biomasę celową w postaci szybko rosnących drzew i ziół energetycznych.
Dla naszych celów możemy podzielić biomasę energetyczną na następujące kategorie w zależności od ich zastosowania w naszych kotłach.
Rodzaje biomasy
Kawałek drewna
Drewno jest najstarszym materiałem używanym przez człowieka i towarzyszy jego krokom od tysięcy lat. Czy to do produkcji narzędzi, środków transportu, budowy domów, czy jako źródło ciepła. I choć może to zabrzmieć jak tani frazes, do tej pory nie znaleźliśmy lepszej alternatywy, a ostatnio obserwujemy powrót do używania drewna nawet tam, gdzie przestaliśmy dawno temu.
Szczególnym i interesującym dla nas rodzajem drewna jest „drewno opałowe”. Biomasą drzewną możemy nazwać każdą biomasę wykorzystywaną jako źródło energii. Podstawowym podziałem drewna opałowego jest podział na „twarde” drewno liściaste i „miękkie” drewno iglaste.
I po co właściwie go dzielimy, skoro i tak się spali?
Każdy kocioł jest w dużej mierze przeznaczony do spalania wszystkich rodzajów drewna, więc odpowiedzi musimy szukać gdzie indziej. Rodzaj drewna używanego do ogrzewania zależy głównie od miejsca, w którym jest ono używane do ogrzewania, a jeśli ogrzewanie drewnem ma pozostać zarówno ekonomiczne, jak i przyjazne dla środowiska, dobrym pomysłem jest, aby pochodziło ono z regionu, w którym zostało pozyskane.
Głównym powodem jest to, że drewno iglaste spala się szybciej i szybciej przekazuje ciepło, podczas gdy drewno liściaste spala się wolniej i wydłuża okres sezonowania. Rozmiar polan ma znaczący wpływ na czas spalania, gdzie mniejsze i cieńsze polana spalają się szybciej.
Ważniejsze dla wykorzystania drewna do ogrzewania jest wskazanie jego wilgotności lub zawartości wody. Świeże drewno zawiera około 50% wody, a minimalny czas suszenia wynosi jeden rok, gdy zawartość wody spadnie poniżej 30%. Zaleca się jednak suszenie drewna przez co najmniej dwa do trzech lat, gdy zawartość wody spadnie poniżej dopuszczalnego poziomu 20%. Podczas spalania surowego drewna znaczna część energii uzyskanej z drewna jest zużywana na odparowanie wody, a spalanie charakteryzuje się negatywnymi skutkami ubocznymi, takimi jak smołowanie, dymienie i spadek mocy kotła.
Spalanie surowego drewna jest całkowicie perwersyjne i nie ma żadnego uzasadnienia.
Nie ma takiej kostki jak kostka
Zapewne spotkałeś się z różnymi jednostkami objętości przy zakupie drewna, ale po prostu nie wiedziałeś, ile faktycznie płacisz na przykład za kWh lub GJ. Liczba ta jest interesująca, jeśli na przykład chcemy określić ilościowo oszczędności w porównaniu z innym rodzajem paliwa.
Jeden kilogram suchego drewna zawiera około 4,5 kWh energii i to od nas i naszego kotła zależy, ile z tego możemy zatrzymać w domu. Istnieje znacząca różnica w zużyciu paliwa, jeśli nowoczesny kocioł może osiągnąć sprawność 90% w porównaniu do klasycznego kotła, który działa ze sprawnością około 50-60%. Przejdźmy jednak do metrów i kilogramów.
Ogrzewanie drewnem i ekologia
Podczas spalania drewna uwalniane jest tylko tyle węgla, ile nagromadziło się podczas jego wzrostu. Mówiąc najprościej, ogrzewanie drewnem nie ma negatywnego wpływu na zwiększenie zawartości dwutlenku węgla w powietrzu. Drewno używane do ogrzewania to w większości drewno nienadające się do innych zastosowań.
Podział ten jest napędzany przez niewidzialną rękę rynku, która określa cenę drewna opałowego. Drewno opałowe jest wielokrotnie tańsze niż drewno przeznaczone do dalszego odzysku. Na koniec warto podkreślić właściwości popiołu drzewnego, który może być stosowany bez ograniczeń jako wysokiej jakości nawóz ogrodniczy, poprawiający strukturę gleby i dostarczający rozpuszczalnych w wodzie składników odżywczych.
Dlaczego kocioł ETA do ogrzewania drewnem?
Kotły ETA przeznaczone do ogrzewania drewnem kawałkowym wykorzystują technologię zgazowania drewna. Nasze kotły są wyposażone w zaawansowaną technologię regulacji dopływu powietrza pierwotnego i wtórnego, a kocioł jest wyposażony w sondę lambda, która stale analizuje spaliny i zapewnia dopływ powietrza zgodnie z rzeczywistym zapotrzebowaniem.
To nie tylko minimalizacja emisji, ale przede wszystkim wysoka wydajność kotła bez ingerencji operatora. Dzięki swojej konstrukcji i parametrom technicznym nasze kotły spełniają surowe kryteria naszej filozofii, zgodnie z którą „Perfekcja jest naszą pasją”.
Pelety drzewne
Chociaż proces granulowania materiałów sypkich jest znany od końca XIX wieku. wieku, był on głównie wykorzystywany do produkcji pasz w produkcji zwierzęcej. Granulowanie masy drzewnej rozpoczęło się w latach 70-tych. lat w USA. Z Ameryki Północnej w latach 80. lat technologia przetwarzania masy drzewnej na pelety dotarła do Europy. Szwecja była pionierem w stosowaniu pelletu. Wraz ze wzrostem cen paliw kopalnych i zobowiązaniami do redukcji emisji, technologia ta rozprzestrzeniła się na inne kraje UE.
Austria, Niemcy i Włochy są liderami w konsumpcji tego towaru. Pelety zyskały dużą popularność dzięki stosunkowo stabilnej cenie oraz dynamicznemu rozwojowi i produkcji urządzeń do spalania pelletu. Obecnie pellet znajduje również swoje miejsce w krajach Europy Środkowej. Z drugiej strony, wielu klientów wybrało ogrzewanie pelletem ze względu na jego stosunek do środowiska. Produkcja i sprzedaż pelletu nadającego się do ogrzewania podlega określonym zasadom, a mianowicie normie DIN 51731.
Produkcja granulatu
Pelety do zastosowań grzewczych produkowane są w średnicach 6 lub 8 milimetrów i mogą być nazywane „płynnym drewnem” ze względu na swoje właściwości. Pelety drzewne są wytwarzane z czystych trocin i wiórów bez dodatku substancji chemicznych. Lignina zawarta w surowcu jest wykorzystywana jako spoiwo. Najlepszej jakości są białe granulki. Pelety gorszej jakości zawierają domieszkę kory. Wartość opałowa jest podobna, ale pellety niższej jakości mają więcej popiołu i w zależności od użytego materiału mogą powodować komplikacje w automatycznym ogrzewaniu. Pelety powstają w kilkuetapowym procesie technologicznym.
Rozpoczyna się od sortowania materiału, poprzez zwilżanie lub suszenie, a następnie prasowanie materiału pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze, tzw. granulowanie, chłodzenie i pakowanie. Oprócz biomasy drzewnej, do produkcji pelletu można wykorzystać także inne materiały. Pelety te nazywane są agropeletami lub alternatywnymi peletami w zależności od ich pochodzenia.
Takie pelety generalnie nie mogą być zalecane do stosowania w małych kotłach. Podczas spalania agropelletu występują niepożądane zjawiska. Niska temperatura topnienia popiołu powoduje jego spiekanie na palniku, a także wytwarzanie niepożądanych tlenków azotu i siarki.
Ekonomia ogrzewania pelletem
Dystrybucja pelletu do klienta końcowego jest możliwa w kilku wariantach. Pakowanie w worki 15 kg, worki luzem lub w cysterny, gdzie pelety są wdmuchiwane do przygotowanego pojemnika, a cena za pelet jest proporcjonalna do złożoności jego opakowania. Najbardziej ekonomiczne jest korzystanie z sezonowego zasobnika w połączeniu z kotłem wyposażonym w dystrybucję pelletu. Dzięki temu ogrzewanie pelletem jest naprawdę automatyczne i można je porównać do ogrzewania gazowego.
Pelety mają wartość opałową około 17,5 MJ/kg i średnią zawartość wody do 10%. Cena jest zazwyczaj za tonę. Do obliczenia zużycia paliwa można użyć uproszczonego wzoru, w którym odpowiednikiem 1m3 gazu ziemnego jest 2kg pelletu. Na 1 GJ ciepła potrzebujemy około 60 kg pelletu. Najkorzystniejsza jest wstępna dostawa pelletu w okresie letnim, kiedy jego cena na rynku jest najniższa. Ponieważ w produkcji wykorzystywane są odpady z pierwotnej produkcji drewna, jest wysoce prawdopodobne, że na cenę peletów znaczący wpływ będzie miała jedynie cena energii potrzebnej do ich wytworzenia. Ceny są również utrzymywane na akceptowalnym poziomie dzięki importowi pelletu z Ukrainy.
Nie ma pelletu jak pellet, a możliwość „zaoszczędzenia” może wrócić do nas w postaci niskiej jakości paliwa i zmniejszonej wydajności kotła.
Sprawność nowoczesnych kotłów na pellet przekracza 90%, a przy zużyciu paliwa wynoszącym około 5 ton rocznie, oszczędzanie poprzez stosowanie nieodpowiedniego paliwa jest niepotrzebnym hazardem. Pelety ze słomy są naprawdę odpowiednie jako paliwo dla dużych ciepłowni, które spalają biomasę na innej zasadzie niż mały kocioł.
Ogrzewanie pelletem i ekologia
Spalanie odpadów przy wysokim komforcie operatora i transport paliwa z neutralną emisją dwutlenku węgla brzmi jak utopia, ale jest rzeczywistością. Podczas spalania pelletu do atmosfery wydostaje się tylko tyle węgla, ile drzewo zmagazynowało w drewnie podczas swojego wzrostu. Korzystając z tego rodzaju ogrzewania, możemy zmniejszyć ilość zużywanych paliw kopalnych i, wykorzystując paliwo produkowane w regionie użytkowania, przyczynić się do jego dobrobytu.
Kocioł może automatycznie zapalać się i regulować swoją moc, co ma duży wpływ na zużycie paliwa. Na koniec warto podkreślić właściwości popiołu drzewnego, który może być stosowany bez ograniczeń jako wysokiej jakości nawóz ogrodniczy, poprawiający strukturę gleby i dostarczający rozpuszczalnych w wodzie składników odżywczych.
Wszystkie pozytywy i rozwój w dziedzinie produkcji kotłów na pellet sprawiają, że ogrzewanie to stanowi osobny rozdział technologii grzewczej, która nie jest już tylko alternatywą, ale w ciągu kilku lat stanie się liderem w wykorzystaniu biomasy do produkcji ciepła w domach, sferze komunalnej lub obiektach operacyjnych.
Drewniane
chip
Zrębki drzewne są formą biomasy stałej, która jest wykorzystywana głównie do celów energetycznych. To przyjazne dla środowiska paliwo jest neutralne pod względem emisji CO2 w porównaniu z paliwami kopalnymi (węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny), ponieważ podczas spalania uwalniane jest tylko tyle CO2, ile roślina pobrała podczas wzrostu. Oznacza to, że wykorzystanie biomasy do celów energetycznych nie ma wpływu na efekt cieplarniany.
Drewno było wykorzystywane jako paliwo od czasów starożytnych. Wraz z pojawieniem się nowoczesnej technologii wzrosła efektywność jej wykorzystania. Jednym ze sposobów jest przetwarzanie drewna na biopaliwo w postaci zrębków drzewnych. Technologia ta wykorzystuje drewno i odpady drzewne do przetwarzania ich na najmniejsze kawałki.
Pozwala to wykorzystać każdą część drzewa, która w przeciwnym razie byłaby bezwartościowa. Poprawia to wydajność i zmniejsza koszty pozyskiwania, przechowywania i transportu drewna do konsumenta. Ma to pozytywny wpływ na środowisko. Pozyskiwanie drewna jest ograniczane, a wykorzystanie odpadów, takich jak gałęzie, powalone drzewa i inne odpady, wysuwa się na pierwszy plan, co przyczynia się do czystości naszych lasów.
Zrębki drzewne to nowoczesne ekologiczne paliwo przyszłości.
Do przygotowania zrębków drzewnych do spalania można wykorzystać dowolny materiał drzewny specjalnie uprawiany jako roślina energetyczna lub odpady drzewne.
Rodzaje wiórów drzewnych i innych asortymentów
- zrębki biomasy – gałązki, gałęzie, ścinki, odpady z wycinki drzew
- technologiczne wióry drzewne – pnie drzew
Rośliny energetyczne
Miskant to wysoka wieloletnia trawa pochodząca z Afryki i południowej Azji. Pomimo swojego pochodzenia uprawa ta jest w stanie rosnąć nawet w chłodniejszych krajach Europy. Oprócz kukurydzy, miskant jest jedyną rośliną C4, która jest w stanie przetrwać w chłodniejszym klimacie. Rośliny C4 charakteryzują się zdolnością do optymalnego wykorzystania wody, składników odżywczych i światła do asymilacji. Miskant może być uprawiany na glebach gorszej jakości. Jako roślina wieloletnia powinna pozostać w jednym miejscu przez 10-15 lat.
Zbiór miskanta do celów energetycznych odbywa się przed początkiem wiosny, najlepiej w okresie luty-marzec. Te miesiące są odpowiednie, ponieważ w tym czasie nie ma potrzeby suszenia zebranych roślin.
Oprócz celów energetycznych, miskant może być również wykorzystywany do produkcji masy celulozowej lub materiałów budowlanych (płyty pilśniowe, maty) oraz łatwych do utylizacji opakowań ze względu na wysoką zawartość celulozy.
Wartość opałowa miskanta jest wysoka
Po trzech latach życia łodyga miskanta osiąga wysokość od trzech do czterech metrów. To właśnie w tym czasie opłaca się zbierać plony. Miskantus jest najczęściej przetwarzany na pelety, brykiety lub sprasowane bele.
Na wartość opałową biomasy ma wpływ zawartość wody. Przy 5% zawartości wilgoci miskant ma wartość opałową około 17 MJ na kilogram. Jednak żółta powódź rzepaku jest bardziej prawdopodobna na słowackich polach. Słoma rzepakowa ma wartość opałową 15 MJ/kg przy tej samej wilgotności, a konopie wysiane razem ze słomą zbożową 15,5 MJ/kg.
Z miskanta można pozyskać dużą ilość energii
Przy uprawie biomasy do celów energetycznych ważne jest porównanie kosztów nakładów energetycznych i uzyskanej energii. Według niektórych ekspertów, miskant jest najbardziej ekonomiczną uprawą pod względem wkładu energetycznego / produkcji energii, jaką można uprawiać w Europie Środkowej.
W warunkach słowackich jeden hektar miskanta wymaga 9,2 MJ energii wejściowej. Po dwóch do trzech latach z tego hektara można zebrać około 18 ton miskanta, uzyskując 306 000 MJ energii.
Rosnące ceny paliw kopalnych i globalna presja na ograniczenie ich zużycia przyspieszyły rozwój technologii umożliwiających wykorzystanie biomasy jako nowoczesnego i wygodnego paliwa.
I że cena jest najważniejsza? Tak, energia z biomasy w połączeniu z wysokowydajnym kotłem jest źródłem taniej, ale przede wszystkim przyjaznej dla środowiska energii, w naszym przypadku ciepła. Korzystając z krajowych źródeł biopaliw, zmniejszamy naszą zależność energetyczną od gazu ziemnego i importu paliw kopalnych.
W porównaniu z gazem, ogrzewanie biomasą jest bardziej wymagające pod względem przestrzeni i inwestycji początkowych, ale w przeciwieństwie do rachunku za gaz, gdzie zasadniczo płatność za gaz trafia za granicę, płatność za biomasę pozostaje w gospodarce krajowej, a nawet w regionie, w przypadku ogrzewania zrębkami drzewnymi.