Biomasa (energetika)

Biomasa je biologický materiál pochádzajúci zo živých alebo nedávno žijúcich organizmov. Najčastejšie odkazuje na rastliny alebo materiály na rastlinnej báze, ktoré sa špecificky označujú ako lignocelulózová biomasa. Ako zdroj energie sa môže použiť priamo spaľovaním za vzniku tepla, alebo nepriamo po premene na rôzne formy biopalív. Premenu biomasy na biopalivo je možné dosiahnuť tepelne, chemicky alebo biochemicky.

Elektráreň Alholmens Kraft vo Fínsku. Ide o svetovo najväčšiu kogeneračnú jednotku.

Kogeneračná jednotka v Metz, Francúzsko. Zdrojom energie je tu drevná biomasa. Táto kogeneračná stanica poskytuje elektrinu a teplo 30 000 obydliam.

Drevo dnes zostáva najväčším energetickým zdrojom biomasy. Príklady zahŕňajú lesné pozostatky (ako sú napr. odumreté stromy, konáre a pne), vetvičky, drevná štiepka. V druhom ponímaní biomasa zahŕňa rastlinnú alebo živočíšnu hmotu, ktorá môže byť prevedená na vlákna alebo iné priemyselné chemikálie vrátane biopalív. Priemyselná biomasa môže byť produkovaná z mnohých druhov rastlín, ako ozdobnica čínska (Miscanthus sinensis), proso, konope, kukurica, topoľ, vŕba, cirok, cukrová trstina, repka olejná, bambus a rôznych ďalších druhov stromov od eukalyptu po palmu olejnú.

Rastlinná energia je produkovaná z plodín špeciálne pestovaných ako palivo, ktoré poskytnú veľké výstupné množstvo biomasy pri malej vstupnej energii. Príkladom takejto rastliny je pšenica, ktorá typicky poskytne 7,5 až 8 ton zrna a 3,5 až 5 ton slamy z hektára. Zrno sa môže použiť na kvapalné pohonné hmoty, slama sa môže spáliť s cieľom produkcie tepla alebo elektriny.

Rastlinná biomasa sa môže degradovať z celulózy na glukózu a výsledný cukor sa môže použiť ako biopalivo prvej generácie. Biomasu možno premeniť na iné použiteľné látky ako napr. metán, pohonné hmoty ako etanol a bionafta. Hnijúce odpadky, poľnohospodársky odpad a odpad po ľuďoch, to všetko uvoľňuje metán – tiež nazývaný „skládkový plyn“ alebo „bioplyn“. Plodiny ako kukuricu a cukrovú trstinu možno fermentovať na etanol. Bionafta, ďalšia pohonná látka, sa dá vyrábať zo zvyškov potravinových produktov ako sú rastlinné oleje a živočíšne tuky.

Existuje množstvo výskumov zameraných na riasovú biomasu. Jej výhodou je, že sa nevyužíva ako potravina a môže byť pestovaná 5 až 10-krát rýchlejšie než iné poľnohospodárske plodiny, napr. ako kukurica a sója. Pokosené riasy možno fermentovať na biopalivá ako etanol, butanol, metán, ako aj bionaftu a vodík.

Biomasa sa považuje za obnoviteľný zdroj energie, pretože na regeneráciu využitých zásob je potrebná pomerne krátka doba. V prípade rastlinnej biomasy je dôležité, že sa uhlík vracia späť do prírodného kolobehu prostredníctvom fotosyntézy, takže záťaž prostredia skleníkovými plynmi je veľmi malá. Tento fakt robí z biomasy tzv. neutrálny zdroj emisií CO₂ Dominantným zdrojom bioenergie je v súčasnosti pevná biomasa a tento trend by sa nemal v tomto desaťročí v Európe zmeniť. Prudko rastie trh s drobným lisovaným drevným odpadom, tzv. peletami, ktoré sa používajú v individuálnych systémoch vykurovania, ale aj vo veľkých systémoch kombinovanej výroby tepla a elektriny. Výhodou peliet je ich vysoká energetická hustota, štandardizovaná kvalita, jednoduchá doprava a využiteľnosť v automatizovaných vykurovacích systémoch.

Vznik a zdroje biomasy

Rastliny na svoj rast využívajú oxid uhličitý z atmosféry a vodu zo zeme, ktoré vďaka fotosyntéze pretvárajú na sacharidy, stavebné články biomasy. Energia slnečných fotónov, ktorá je hybnou silou fotosyntézy, sa uskladní v chemických väzbách organického materiálu.

Pri spaľovaní biomasy sa energia uskladnená v chemických väzbách opäť uvoľňuje. Kyslík zo vzduchu sa spája s uhlíkom z biomasy, pričom vzniká oxid uhličitý a voda. Tento proces je cyklicky uzatvorený, pretože vznikajúci oxid uhličitý je vstupnou látkou pre novú biomasu.

Primárna forma biomasy je forma vzniknutá fotosyntézou, preto možno považovať energiu získanú z biomasy za uskladnenú energiu Slnka. Chemický priebeh fotosyntézy možno zapísať sumárnou rovnicou:

6 CO₂ + 12 H₂O (+ 2830 kJ + chlorofyl) → (CH₂O)₆ + 6 H₂O + 6 O₂

oxid uhličitý + voda (+ energia + chlorofyl) → glukóza + voda + kyslík

Zdroje biomasy

• Poľnohospodárstvo

1. Olejnaté plodiny – repka olejná, slnečnica
2. Cukornaté a škrobové plodiny – obilniny, cukrová repa, cirok

• Lesníctvo

1. Pevná biomasa – zvyšky zo zberu, ťažby a spracovania, rýchlo rastúce dreviny, trávy, drevný odpad

• Domáce a priemyselné odpady

1. Vlhká biomasa – hnoj, organický odpad

Drevospracujúci priemysel je hlavným zdrojom biomasy. Samozrejme, že za energeticky využiteľnú biomasu sa považuje iba odpad, ktorý pri týchto činnostiach vzniká, ten však tvorí nezanedbateľný potenciál. Ide napríklad o tenčinu a hrubinu z porastov, pne a korene, štiepky, piliny, hobliny atď. Zdrojom dreva sú v iných krajinách často tzv. energetické lesy. Tie by sa mohli stať výdatným zdrojom aj na Slovensku, ide špeciálne rýchlorastúce nenáročné dreviny s rúbnou dobou 3 – 5 rokov.

Druhým významným zdrojom biomasy je živočíšna výroba. Na Slovensku by bolo možné získavať bioplyn predovšetkým zo živočíšnej produkcie. Na Slovensku je chovaných asi 1 mil. ks dobytka, 2 mil. ks ošípaných a 12 mil. ks hydiny. Hnoj, ktorý pri tejto produkcii vzniká, je problémom, pretože znečistením ohrozuje spodné vody a ak je bez odplynenia používaný ako hnojivo (čo sa deje v absolútnej väčšine prípadov), uvoľňuje sa z neho metán, ktorý voľne uniká do atmosféry a posilňuje skleníkový efekt. Ak by bolo 10 mil. ton hnoja, ktoré sa vyprodukuje len pri chove dobytka využitých v energetike, bolo by možné z neho získať až 277 mil. m³ bioplynu ročne. V praxi by bolo možné z tohto bioplynu získať 1,95 TWh elektrickej energie. V praxi by však bolo realistické očakávať využitie maximálne 6,9 PJ, čo by pokrylo napríklad spotrebu elektriny v 300 000 domácnostiach a umožnilo teplom zásobovať 60 000 domácností.

Ďalšou možnosťou získavania biomasy je využitie komunálneho a poľnohospodárskeho odpadu. Ročne sa na Slovensku vyprodukuje asi 1,5 milióna ton komunálneho odpadu, z toho asi 400 000 ton tvorí organický odpad, ktorý je možné využiť na výrobu bioplynu. Bioplyn predstavuje potenciál 0,3 TWh elektrickej energie (10 % ročnej spotreby v slovenských domácnostiach) a 0,6 TWh tepelnej energie (ročná spotreba tepla pre asi 30 000 domácností). Slama je bežným vedľajším produktom v poľnohospodárstve, u nás sa zatiaľ chápe tiež ako odpad. Na Slovensku máme asi 900 000 ha pôdy, na ktorých sa pestujú obilniny. Ročne by z nich bolo možné získať cca 2 milióny ton prebytočnej slamy. Z tohto množstva biomasy by bolo možné získať 2,8 TWh elektrickej energie, čo predstavuje asi 6 % ročnej spotreby a 4,8 TWh tepelnej energie (pokrytie ročnej spotreby v 300 000 domácnostiach).

Na rozdiel od iných druhov zdrojov energie existujú pri biomase aj účelovo vytvárané zdroje. Ide o tzv. energetické porasty (rastliny). Energetické rastliny môžeme rozdeliť do dvoch skupín – rýchlorastúce dreviny a úžitkové plodiny.

Rýchlorastúce plodiny a ich ročná výnosnosť suchej biomasy:

Rastlina	Výnos [t/ha]
Krídlatka	37,5
Utusea	43
Topolovka	13,4
Cirok cukrový	9,83
Cirok zrnový	14,77
Hyso	19,33
Konope	12,05

Ako energetická rastlina sa môže využívať aj konope, ale to býva často problematické pre podozrenie zo zneužitia týchto rastlín na výrobu omamných látok. Toto podozrenie však nie je pri technických odrodách konope opodstatnené, pretože tieto druhy sú pre výrobu omamných látok v podstate nepoužiteľné. Zatiaľ čo na spomínané účely sa využíva konope indické, v priemysle ide o druh konope siate, ktoré je na Slovensku tradičnou rastlinou.

Energetické rastliny sa pestujú na monokultúrnych plantážach. Je potenciálne možné pestovať ich všade tam, kde došlo k znehodnoteniu poľnohospodárskej pôdy, kde dochádza k ústupu poľnohospodárstva a zmenšuje sa plocha obhospodarovaných pôd alebo tam kde by nebolo vhodné pôdy využívať na pestovanie potravín, ako napríklad pri cestách alebo inak ekologicky zaťažovaných územiach. V Energetickej koncepcii pre Slovensko sa odhaduje, že už v roku 2005 bolo možné využiť 25 000 ha takejto pôdy. Z ekonomických a ekologických dôvodov sa uvažuje o zalesnení a zatrávnení 400 000 ha poľnohospodárskej pôdy, ktorá by mohla byť efektívne využitá na pestovanie energetických rastlín. Energetický potenciál tejto pôdy v prípade, že by sa na nej vysadili napríklad rýchlorastúce dreviny, by bol 100 PJ (1/7 ročnej spotreby energie na Slovensku).

Spôsoby získavania energie z biomasy

Brikety z biomasy sú jedným z príkladov paliva. Na obrázku sú brikety zo slamy.

Historicky najstaršie metódy spracovania

Najstarším známym spôsobom spracovania je spaľovanie a kompostovanie biomasy. Spaľovanie je najjednoduchšou metódou pre termickú premenu obnoviteľných aj fosílnych palív za dostatočného prísunu kyslíka na tepelnú energiu. Táto technológia je dokonale spracovaná. Získaná tepelná energia sa následne využije na kúrenie, technologické procesy alebo na výrobu elektrickej energie.

Spaľovanie biomasy väčšinou nevyžaduje predbežnú špeciálnu úpravu paliva. Je prijateľná aj vyššia vlhkosť suroviny. Vzhľadom na charakter biomasy a jej premenné zloženie je nutné venovať pozornosť podmienkam spaľovania a čisteniu vystupujúcich spalín, kde je nevyhnutné kontrolovať predovšetkým emisie oxidu uhoľnatého a tuhých látok. Na spaľovanie biomasy sa v súčasnosti používa spaľovanie na rošte, alebo spaľovanie vo fluidnej vrstve. Rozšírenejším spôsobom je momentálne spaľovanie na rošte, kvôli nižšej cenovej náročnosti spaľovacích kotlov.

Kompostovanie je aeróbny proces premeny organických materiálov vplyvom bakteriálnej aktivity na kompost.

Súčasné spôsoby využitia biomasy

Podľa princípu samotnej konverzie energie je možné definovať niekoľko spôsobov získavania energie z biomasy:

• Termochemická premena (suché procesy)
  • spaľovanie
  • splyňovanie
  • pyrolýza
• Biochemická premena (mokré procesy)
  • alkoholické kvasenie
  • metánové kvasenie
• Fyzikálna a chemická premena
  • mechanická (štiepenie, drtenie, lisovanie, briketovanie, peletovanie, mletie, atď.)
  • chemická (esterifikácia surových rastlinných olejov)
• Získavanie odpadového tepla pri spracovávaní biomasy (napr. pri kompostovaní, aerobnom čistení vôd, anaeróbnej fermentácii a pod.)

Existuje teda viacero spôsobov využitia biomasy na energetické účely; v praxi prevládajú pri suchých procesoch rôzne formy spaľovania, pri mokrých procesoch výroba bioplynu anaeróbnou fermentáciou. Z ostatných spôsobov najmä výroba metylesteru z bioolejov.

Spôsoby konverzie biomasy na energiu:

Typ konverzie biomasy	Spôsob konverzie biomasy	Energetický výstup	Odpadový materiál alebo druhotná surovina
Termochemická konverzia (suché procesy)	Spaľovanie	Teplo viazané na nosič	Popol
	Splyňovanie	Generátorový plyn	Dechtový olej, uhlíkaté palivo
	Pyrolýza	Generátorový plyn	Dechtový olej, pevné horľavé zvyšky
Biochemická konverzia (mokré procesy)	Anaeróbna fermentácia	Bioplyn	Fermentovaný substrát
	Aeróbna fermentácia	Teplo viazané na nosič	Fermentovaný substrát
Fyzikálno-chemická konverzia	Esterifikácia bioolejov	Metylester, biooleje	Glycerín

Energetická hodnota niektorých palív:

Biomasa	Obsah vody [%]	Výhrevnosť [MJ.kg−1]	Výhrevnosť [kW.kg−1]
Drevo – dub	20	14,1	3,9
Drevo – smrek	20	13,8	3,8
Slama	15	14,3	4
Obilie	15	14,2	3,9
Repkový olej	–	37,1	10,3
Čierne uhlie	4	30 – 35	8,3
Hnedé uhlie	20	10 – 20	5,5
Vykurovací olej	–	42,7	11,9
Bio-metanol	–	19,5	5,4
Skládkový plyn	–	16	4,4
Drevoplyn	–	5	1,4
Bioplyn z hnojovice	–	22	6,1
Zemný plyn	–	31,7	8,8
Vodík	–	10,8	3

Termochemická premena (suché procesy)

Spaľovanie

Technológia priameho spaľovania biomasy je najbežnejším spôsobom jej energetického využitia. Je to metóda v praxi overená a komerčne dostupná na vysokej úrovni. Význam má predovšetkým spaľovanie odpadového dreva a odpadov z poľnohospodárskej produkcie (slama). Vznikajúce teplo sa využíva na vykurovanie, v technologických procesoch (procesné teplo) alebo na výrobu elektrickej energie. Spaľovací proces v dreve prebieha v nasledujúcich fázach:

• voda vnútri dreva začne vrieť (aj veľmi staré a relatívne suché drevo obsahuje vo svojich bunkových štruktúrach až 15 % vody)
• z dreva sa postupne uvoľňuje plyn, pričom pre správne spaľovanie je potrebné, aby tento plyn horel a neunikal do komína
• vznikajúci plyn sa mieša s atmosférickým vzduchom a horí pri vysokej teplote
• zvyšok dreva (zväčša uhlík) horí tiež, pričom ako odpad vzniká popol

Pre účinné spaľovanie je potrebné zabezpečiť:

1. dostatočne vysokú teplotu
2. dostatok vzduchu
3. dostatok času, aby mohlo prebehnúť úplné spálenie biomasy

Pyrolýza

Pyrolýza je to termochemický rozklad organického materiálu pri vysokých teplotách, pričom absentuje kyslík (alebo halogény). Tento dej v sebe zahŕňa súčasnú zmenu chemického zloženia a materiálnej fázy. Pyrolýza je nevratná. Ide o jednoduchý a pravdepodobne najstarší spôsob úpravy biomasy na palivo vyššej kvality – tzv. drevné uhlie. Na jeho výrobu je okrem dreva možné využiť aj iné suroviny, napríklad slamu. Pyrolýza spočíva v zohrievaní biomasy (ktorá je často rozdrvená a dodávaná do reaktora) za spomínanej neprítomnosti vzduchu na teplotu 300 – 500 °C, až do doby, pokiaľ z nej neuniknú všetky prchavé látky. Zvyšok – drevné uhlie – je palivo, ktoré má takmer dvojnásobnú energetickú hustotu v porovnaní so vstupnou surovinou a navyše lepšie horí (horí pri vyššej teplote). V mnohých krajinách sveta sa dnes vyrába drevné uhlie pyrolýzou dreva. V závislosti od obsahu vlhkosti a účinnosti procesu je potrebných asi 4 – 10 ton dreva na výrobu jednej tony drevného uhlia. Z procesu sa nedá úplne vylúčiť kyslík, a preto aj pri pyrolýze dochádza v malej miere ku oxidácii. Z technologického hľadiska možno pyrolýzu ako proces rozdeliť podľa dosahovanej teploty na:

1. Nízkoteplotnú (<500 °C)
2. Strednoteplotnú (500 – 800 °C)
3. Vysokoteplotnú (>800 °C)

V závislosti na dosahovanej teplote môžeme pri procese pyrolýzy pozorovať rad dejov, ktoré možno pre jednoduchosť rozdeliť do 3 teplotných intervalov. V oblasti teplôt do 200 °C dochádza k sušeniu a tvorbe vodnej pary fyzikálnym odštiepením vody. Tieto procesy sú silne endotermické. V rozmedzí teplôt 200 až 500 °C nasleduje oblasť tzv. suchej destilácie. Tu nastáva v značnej miere odštiepenie bočných reťazcov z vysokomolekulárnych organických látok a premena makromolekulárnych štruktúr na plynné a kvapalné organické produkty a pevný uhlík. Vo fáze tvorby plynu v oblasti teplôt 500 až 1200 °C sú produkty vzniknuté suchou destiláciou ďalej štiepené a transformované. Pritom ako z pevného uhlíku, tak aj z kvapalných organických látok vznikajú stabilné plyny, ako napr. H₂, CO, CO₂ a CH₄.

Splyňovanie

Splyňovanie je proces, ktorý premieňa organické materiály na horľavé plyny (vodík, oxid uhoľnatý, metán), ale vznikajú tu aj nehorľavé látky. Proces splyňovania bol využívaný už od 19. storočia na splyňovanie uhlia. V dnešnej dobe sa splyňovanie uhlia využíva najmä v moderných uhoľných elektrárňach, ktorých výhodou je že sú ekologickejšie. Na splyňovanie biomasy sú v súčasnej dobe používané dva základné spôsoby:

• splyňovanie v kotloch s pevným roštom
• splyňovanie vo fluidných kotloch

Celý proces prebieha pri nedokonalom (čiastočnom) horení a ohrievaní biomasy teplom vznikajúcim pri horení. Vznikajúca zmes plynov má vysokú energetickú hodnotu a môže byť použitá ako iné plynné palivo pri výrobe tepla a elektriny aj v motorových vozidlách. Vo vozidlách však tento plyn vedie k nižšiemu výkonu motora asi o 40 %.

Splyňovanie prebieha v kotli s obmedzeným prístupom vzduchu. Nedostatok kyslíka spôsobuje nedokonalé horenie. Pri úplnom horení uhľovodíkov (z ktorých sa drevo skladá) sa kyslík spája s uhlíkom, pričom vzniká CO₂ a H₂O. Obmedzený prístup vzduchu ešte stále umožňuje mierne horenie, pri ktorom vzniká CO, ale vodík sa nespája len s kyslíkom za vzniku molekuly vody, ale uvoľňuje sa ako čistý plyn – vodík – H₂. Pri procese sa uvoľňujú aj iné zložky, ako napríklad uhlík, ktorý tvorí dym. Teplo vznikajúce pri nedokonalom spaľovaní sa využíva na porušovanie väzby medzi uhľovodíkovými atómami. Vznikajúce uhlíkové a vodíkové atómy sa však spájajú s inými, pričom sa uvoľňuje teplo, ktoré udržuje celý proces bez dodávania energie zvonku. Výsledkom je vznik plynov, ktoré sa ďalej môžu spaľovať.

Biochemická premena (mokré procesy)

Fermentácia

Fermentácia roztokov cukrov je spôsob výroby etanolu (etylalkoholu) z biomasy. Je to anaeróbny biologický proces, pri ktorom sa cukry menia pôsobením mikroorganizmov (kvasinky) na alkohol – etanol, resp. metanol. Etanol je veľmi kvalitné kvapalné palivo, ktoré podobne ako metanol je možné využiť ako náhradu za benzín v motorových vozidlách. Na výrobu etanolu, ale aj metanolu, sa ako vhodné suroviny dajú využiť viaceré rastliny napríklad obilie, zemiaky, kukurica, cukrová trstina, cukrová repa, ovocie a iné plodiny. Hodnota ktorejkoľvek vstupnej suroviny pre fermentačný proces závisí od jednoduchosti, s akou je možné z nej získať cukry. Najlepšou surovinou sa ukazuje cukrová trstina resp. melasa vznikajúca po extrakcii z jej šťavy. Inými vhodnými surovinami sú zemiaky alebo obilniny. Cukry je možné vyrobiť aj z celulózy (dreva), ale proces je komplikovanejší. Celulóza sa najskôr pomelie a potom zmieša s horúcou kyselinou. Po 30 hodinách kaša obsahuje asi 6 – 10 % alkoholu, ktorý je možné získať destiláciou. Vzhľadom na to, že použitá surovina sa nepremení celá na biopalivo, vznikajú pri tomto procese cenné vedľajšie produkty, ktoré môžu nahradiť bielkovinové krmivá. Celý proces fermentácie si vyžaduje značné množstvo tepla, ktoré sa zvyčajne vyrába spaľovaním rastlinných zvyškov. Hoci strata energie je pri výrobe etanolu veľká, býva zvyčajne vykompenzovaná kvalitou paliva a jeho transportovateľnosťou.

Anaeróbne vyhnívanie

Je to súbor procesov, pri ktorom vďaka mikroorganizmom dochádza k rozkladu organického materiálu za neprítomnosti kyslíka, tak ako tomu bolo pri pyrolýze. Tento proces sa využíva pre priemyselné alebo domáce účely pre nakladanie s odpadmi alebo k produkovaniu palív. Anaeróbne vyhnívanie sa využíva pri väčšine priemyselných fermentácií k produkcii potravinových výrobkov, taktiež aj fermentácia v domácnostiach. Vyskytuje sa prirodzene v niektorých pôdach a v jazerných a oceánskych sedimentoch, kde sa zvyčajne hovorí o tzv. „anaeróbnej činnosti“. Toto je zdrojom močiarového metánu, ktorý bol objavený Voltom v 1776.
Príroda má teda schopnosť postarať sa o likvidáciu organických zvyškov cestou ich rozkladu. Získavanie bioplynu z odpadov a jeho spaľovanie plynovými turbínami je proces nenáročný a technologické prvky sú bežne dostupné na trhu. Nenáročnosť získavania bioplynu a jeho premeny na užitočnú energiu je evidentná aj tým, že v rozvojových krajinách, ako sú India alebo Čína, existuje niekoľko miliónov veľmi jednoduchých rodinných zariadení, využívajúcich bioplyn len na výrobu tepla na varenie v domácnostiach.

Fyzikálna a chemická premena

Výroba štiepok

Štiepky sú 2 – 4 cm dlhé kúsky dreva, ktoré sa vyrábajú štiepkovaním z drevných odpadov. Výhodou štiepok je, že rýchlejšie schnú, než kusové drevo a tiež umožňujú automatickú prevádzku kotlov. Problémom je zabezpečenie paliva s optimálnou vlhkosťou v zimných mesiacoch.

Výroba brikiet

Briketa je zlisované teleso zväčša valcovitého tvaru s dĺžkou asi 15 – 25 cm vyrobené z odpadovej biomasy. Vyrábajú sa lisovaním materiálu na tvarovacích lisoch. Vstupný materiál je pod vysokým tlakom pretláčaný cez kruhové otvory oceľovej matrice, pričom sa zahrieva na teplotu okolo 100 °C. Celulóza, ktorá sa nachádza v dreve vplyvom teploty mäkne a stáva sa lepivou. To umožní lisovať drevené piliny, alebo jemnú štiepku do tvaru brikety bez pridávania akýchkoľvek prísad. Po vychladnutí sú brikety pevné a zachovávajú si svoj tvar. Brikety sa používajú ako náhrada fosílnych palív v kotloch, domácich pieckach a krboch. V porovnaní s drevom alebo drevnou štiepkou majú vyššiu hustotu a teda nižší objem, čo zjednodušuje transport. Nevýhodou je, že ich nie je možné používať v kotolniach s automatickou prevádzkou.
Vlastnosti

• Výhrevnosť – 15 až 19 MJ/kg
• Popolnatosť menej ako 1 %
• Obsah vody menej ako 10 %

Výroba peliet

Drevené pelety.

Peleta je obyčajne malý zlisovaný kúsok ľubovoľnej hmoty valcovitého tvaru. Drevené pelety sa vyrábajú lisovaním drevných pilín ako vedľajší produkt pri spracovaní dreva. Vyznačujú sa extrémnou hustotou a nízkym obsahom vody. Používajú sa ako kvalitné ekologické palivo. Pelety sa vyrábajú obdobným spôsobom, ako brikety. Vstupný materiál sa pod vysokým tlakom pretláča cez malé kruhové otvory oceľovej matrice, pričom sa zahrieva na teplotu okolo 100 °C. Celulóza, ktorá sa nachádza v dreve vplyvom teploty mäkne a stáva sa lepivou, čo umožňuje zlisovať drevené piliny do tvaru pelety bez pridávania akýchkoľvek prísad.

Z prebytkov poľnohospodárskej produkcie ako je slama, seno alebo z odpadov vznikajúcich pri čistení obilia, olejnín a strukovín sa vyrábajú sa aj alternatívne pelety, tzv. agropelety. Oproti dreveným peletám majú vyšší obsah popola (5 %). Agropelety sú významným zdrojom obnoviteľnej energie a predstavujú značný potenciál pre ekonomický rozvoj vidieka. Pelety sa používajú ako náhrada fosílnych palív v kotloch a domácich pieckach. Keďže sú sypké, môžu sa používať v kotolniach s automatickou prevádzkou. Pomocou dopravníka je možné presne a plynule regulovať prísun paliva a tým regulovať tepelný výkon kotla. Vykurovanie týmto palivom je momentálne značne rozšírené v škandinávskych krajinách, ale veľký rozmach vykurovania peletami je významný v celej EÚ.
Vlastnosti

• Výhrevnosť – 15 až 21 MJ/kg
• Popolnatosť menej ako 1 % (agropelety 5 %)
• Obsah vody menej ako 10 %

Slovensko a biomasa

Jeden z hlavných nástrojov, ktoré majú doviesť Európsku úniu k naplneniu jej troch základných cieľov energetickej politiky – konkurencieschopnosti, trvalej udržateľnosti a bezpečnosti dodávok – predstavujú v súčasnosti aj obnoviteľné zdroje energie (OZE). Z pohľadu celkového využívania OZE v rámci EÚ zohráva dôležitú úlohu biomasa. Na celkovej spotrebe OZE sa biomasa podieľa takmer polovicou. V súčasnosti biomasa pokrýva asi 4 % z celkovej energetickej potreby EÚ (69 Mtoe v roku 2003). Aby došlo k naplneniu európskych cieľov a záväzkov týkajúcich sa využívania OZE, tento podiel by sa do roku 2010 mal viac než zdvojnásobiť (185 Mtoe) a do roku 2030 strojnásobiť (210 – 250 Mtoe). (1 Mtoe = 41,868 PJ, 1 Mtoe = 106 toe (ton ropného ekvivalentu), 1 toe = 7,4 barelov ropy resp. 1 270 m³ zemného plynu resp. 2,3 ton uhlia.)

V porovnaní s inými obnoviteľnými zdrojmi na Slovensku predstavuje biomasa po solárnej a vodnej energii zdroj s tretím najvyužiteľnejším potenciálom, no najmä aj do budúcnosti veľmi perspektívnym. Odhady celkového využiteľného potenciálu biomasy (lesnej aj poľnohospodárskej) sa pohybujú od 75,6 PJ (resp. 21 TWh) až po 120,3 PJ (resp. 33,4 TWh). Z hľadiska technicky využiteľného potenciálu (t. j. potenciálu, ktorý sa dá využiť po zavedení dostupnej technológie a je limitovaný administratívnymi, legislatívnymi a environmentálnymi prekážkami a nielen prekážkami ekonomickými) pripadá na biomasu jednoznačne najväčší podiel medzi OZE (takmer 60 %). Technicky využiteľný potenciál biomasy predstavuje teoreticky ročne až 15 % hrubej domácej spotreby energie na Slovensku.
Hlavnými producentmi biomasy na Slovensku na energetické využitie sú odvetvia lesného hospodárstva, poľnohospodárstva a drevospracujúceho priemyslu. Pričom jednotlivé odvetvia sa na biomase podieľajú nasledovne:

• Lesná biomasa – 17 %
• Drevospracúvajúci priemysel – 29 %
• Poľnohospodárska biomasa – 54 %

Čo sa týka zastúpenia jednotlivých druhov OZE na Slovensku:

• Veterná energia – 1 %
• Malé vodné elektrárne – 2 %
• Biopalivá – 6 %
• Biologické odpady – 9 %
• Solárna energia – 12 %
• Geotermálna energia – 15 %
• Veľké vodné elektrárne – 15 %
• Biomasa – 40 %

Niektoré z bioplynových staníc prevádzkovaných na území Slovenska:

• Banská Bystrica – 7,03 MW; výroba – 55 550 MWh
• Bratislava – 2,83 MW; výroba – 20 000 MWh
• Rožňava – 1 MW; výroba – 8 100 MWh
• Košice – 1 MW; výroba – 8−015 MWh
• Plavnica – 1 MW; výroba – 6−100 MWh
• Turčianske teplice – 1 MW; výroba 8−400 MWh

Veľmi výhodná je stavba bioplynovej stanice pri poľnohospodárskom družstve, kde sa využijú zvieracie výkaly na kombinovanú výrobu elektriny a tepla (KVET). Vďaka výrobe tepla môže takéto družstvo okrem vykurovania priestorov prevádzkovať aj celoročný skleník.

Zhrnutie, výhody a nevýhody

Využívanie biomasy je tu z historického hľadiska už od doby kamennej, kedy bola zdrojom tepla a svetla. S nástupom fosílnych palív a po vybudovaní energetickej infraštruktúry v moderných krajinách stratila síce svoje vedúce postavenie, no v rozvojových krajinách zostala naďalej vedúcim energetickým zdrojom. V poslednej dobe však zažíva svoju renesanciu z dôvodu ekologických dopadov na životné prostredie spojených s využívaním fosílnych palív a faktu, že ide o obnoviteľný zdroj energie. Ako už bolo vyššie spomínané, tak biomasa sa považuje za neutrálnu, čo sa týka emisií CO₂, nakoľko ho rastliny zo vzduchu počas života odčerpávajú. Treba ale spomenúť, že úplne neutrálna z tohto hľadiska nie je. Pole, kde sa pestuje napr. repka olejná na biomasu musí napr. obehnúť traktor, aby na ňu aplikoval látky proti škodcom. Ďalej treba zohľadniť dopravu samotnej repky z pola. Podobne je tomu aj pri lesnej biomase, taktiež sa musia použiť mechanizmy na prepravu.
Ak sa porovná využívanie biomasy na výrobu elektrickej energie napr. s vetrom a fotovoltaikou, tak z pohľadu predikcie výroby je na tom neporovnateľne lepšie ako 2 spomínané zdroje. Graf výroby napr. kogeneračnej jednotky v porovnaní s veternou elektrárňou alebo fotovoltaickým parkom sa dá považovať za rovnú čiaru, zatiaľ čo výroba z vetra a svetla je silne previazaná s poveternostnými podmienkami.

Výhody

• V porovnaní s fosílnymi palivami ide o obnoviteľný zdroj energie
• Nízky obsah síry
• Zvyšuje nezávislosť na dovoze primárnych zdrojov energie
• Z ekonomického hľadiska a z hľadiska odpadového hospodárstva je zväčša druhotnou surovinou
• Zlepšuje sociálne pomery z pohľadu zamestnanosti
• Prispieva k ochrane životného prostredia a poľnohospodárskej pôdy
• Zdroje biomasy nie sú lokálne limitované
• Riadená produkcia biomasy prispieva k tvorbe krajiny a starostlivosti o ňu
• Účelne je možné využiť spáliteľné a niekedy aj toxické odpady

Nevýhody

• Vplyvom spracovania a dopravy niekedy cena biomasy prevýši cenu fosílnych palív
• Spoľahlivosť dodávky do energetickej výrobne môže byť nižšia v porovnaní s inými druhmi palív
• Sezónnosť pestovania energetických rastlín si vyžaduje skladovanie v pomerne veľkom rozsahu
• Menšia účinnosť a nižší výkon dostupných zariadení na energetické využitie biomasy v porovnaní s fosílnymi palivami
• Nebezpečenstvo úniku škodlivých látok pri niektorých technológiách (prach, NOx, pevné a kvapalné odpady)
• Produkcia biomasy na energetické účely konkuruje ďalším spôsobom využitia biomasy (napríklad na potravinárske a krmovinárske účely, zaistenie surovín pre priemyselné účely, uplatneniu okrasnej funkcie biomasy)
• Zvyšovanie produkcie biomasy vyžaduje rozširovanie produkčných plôch alebo zvyšovanie intenzity výroby, čo prináša požiadavku na zvýšené investície do samotnej výroby biomasy
• Maximálne využitie biomasy na energetické účely z celosvetového hľadiska je problematické aj vzhľadom na rozmiestnenie zdrojov biomasy a spotrebiteľov energie, ako aj vzhľadom na problémy s akumuláciou, transportom a distribúciou získanej energie

Referencie

Chemický portál Biologický portál