Biomasa: definicija, merjenje, vrste in uporaba v energetiki
Biomasa: definicija, merjenje, vrste in uporaba v energetiki — odkrijte vrste biomase, metode merjenja ter pretvorbo v energijo (bioplin, goriva, toplota) za trajnostno rabo.
Biomasa je osnovni pojem v ekologiji in industriji proizvodnje energije. Organske odpadke, kot so odmrli rastlinski in živalski materiali, živalski gnoj in kuhinjski odpadki, je mogoče pretvoriti v plinasto gorivo, imenovano bioplin. Organske odpadke razgradijo bakterije v bioplinskih reaktorjih, pri čemer se sprošča bioplin, ki je v bistvu mešanica metana in ogljikovega dioksida.
V ekologiji pomeni biomasa kopičenje žive snovi. To je celotna živa snov na določenem območju ali v biološki skupnosti ali skupini. Biomasa se meri z maso ali suho maso na določeno površino (na kvadratni meter ali kvadratni kilometer). V energetski industriji se nanaša na biološki material, ki se lahko uporablja kot gorivo ali za industrijsko proizvodnjo. Biomasa vključuje rastlinske snovi, ki se gojijo za uporabo kot biogorivo, in tudi rastlinske ali živalske snovi, ki se uporabljajo za proizvodnjo vlaken, kemikalij ali toplote. Biomasa lahko vključuje tudi biološko razgradljive odpadke, ki se lahko sežgejo kot gorivo. Izključuje organske snovi, ki so bile z geološkimi procesi pretvorjene v snovi, kot sta premog ali nafta. Običajno se meri s suho maso.
Merjenje biomase
- Enote in parametri: Biomasa se pogosto meri kot suha masa (oven-dry mass) v kilogramih ali tonah. Za obsežnejše površine se uporablja ton na hektar (t/ha) ali masa na enoto površine (kg/m2). V energetiki je pomembna tudi energijska vsebnost (gorečnost) izražena v megajoulih na kilogram (MJ/kg) ali kilovatnih urah na tono (kWh/t).
- Volumenska in energetska gostota: Sveža biomasa ima nizko energetsko gostoto zaradi vsebnosti vode; zato se pri primerjavah raje uporablja suha masa in ogrevalna vrednost. Tipična nižja ogrevalna vrednost (LHV) drv je okoli 15–19 MJ/kg (odvisno od vrste in vlage).
- Merilne metode: Pogosto se uporablja laboratorijsko sušenje do konstantne mase (oven-dry) za določanje suhe mase; energijsko vsebnost določimo z kalorimetrom ali ocenimo iz znanih vrednosti za posamezne vrste biomase.
Vrste biomase
- Lesna biomasa: drva, sekanci, peleti, lesni odpadki iz gozdarstva in lesne industrije. Najpogostejša vrsta za ogrevanje in industrijsko soproizvodnjo toplote in elektrike.
- Kmetijski ostanki: slama, stebla, lubje, ostanki predelave žit in oljne ogrščice, ki se lahko sežigajo ali predelajo v biogoriva.
- Energetske kulture: posebno gojene rastline (npr. miscanthus, switchgrass, oljna repica) namenjene proizvodnji biomase za energijo ali biorafinerije.
- Alge in vodna biomasa: hitro rastoče vrste, primerne za proizvodnjo biogoriv in kemikalij.
- Organski odpadki in gnojila: kmetijski in živilski odpadki, komunalni organski odpadki ter živalski gnoj (vir surovin za anaerobno fermentacijo in bioplin).
- Rastlinska olja in maščobe: za proizvodnjo biodizla (transesterifikacija) ali neposredno kurjenje v nekaterih sistemih.
Pretvorba biomase v energijo — glavne tehnologije
- Direktno sežiganje: najpreprostejši način za proizvodnjo toplote ali električne energije (sistem ogrevanja, kotli, velike centralne enote). Pogosto se uporablja v kombinaciji s kogeneracijo (CHP) za sočasno proizvodnjo toplote in elektrike.
- Anaerobna digestija: bioplinski reaktorji razgradijo organske snovi brez kisika in proizvedejo bioplin (metan + CO2). Bioplin se uporablja za ogrevanje, v motorjih za proizvodnjo elektrike ali se nadgradi v biometan (za v vozila ali plinovodno omrežje).
- Gazifikacija: pri omejenem dostopu zraka se biomasa pretvori v proizvedeni plin (syngas), ki ga je mogoče izgoriti v motorjih ali uporabiti kot surovino za kemijo in goriva.
- Piroliza in torrefakcija: termične obdelave brez kisika; piroliza daje bio-oil, plin in trdne frakcije (biochar). Torrefakcija izboljša lastnosti biomase za transport in izgorevanje (bolj trajna, vodoodporna, z višjo energijsko gostoto).
- Fermentacija: pretvorba sladkorjev in škrobov v bioetanol (uporaba pri transportnih gorivih).
- Transesterifikacija: kemični postopek za pretvorbo rastlinskih olj in živalskih maščob v biodizel.
Uporaba biomase v energetiki
- Toplota: centralno ogrevanje stavb, industrijski procesi, daljinsko ogrevanje.
- Elektrika in kogeneracija (CHP): proizvodnja električne energije skupaj s toploto povečuje izkoristek in je pogosta v elektrarnah na lesno biomaso ali bioplinarnah.
- Transportna goriva: biodizel, bioetanol in nadgrajen biometan se uporabljajo kot nadomestna goriva za vozila.
- Industrijska surovina: biomasa je vir za biokemikalije, materiali in vlakna v tako imenovanih biorafinerijah.
- Vmesna goriva: proizvedeni plini (syngas) in bio-olja se lahko klasificirajo kot surovine za nadaljnjo pretvorbo v tekoča goriva ali kemikalije.
Okoljski vidiki in trajnost
- Ogljični učinek: biomasa je pogosto predstavljena kot ogljično nevtralna, ker pri rasti absorbira CO2. Vendar je dejanski ogljični bilančni učinek odvisen od vrste biomase, pridelave, transporta, obdelave in tempo emisij (časovni zamik pri obnovi). Nepremišljeno izkoriščanje lahko vodi do neto povečanja izpustov.
- Biodiverziteta in raba zemljišč: intenzivno gojenje energetskih kultur lahko vpliva na biotsko raznovrstnost, prehransko varnost in vodne vire, zato so priporočljive trajnostne prakse in certificiranje.
- Emisije zraka: sežiganje biomase lahko povzroča emisije trdih delcev, NOx in drugih onesnaževalcev — sodobni filtri in regulirani procesi zmanjšajo te vplive.
- Metan: v anaerobnih sistemih je pomembno preprečevati uhajanje metana, saj ima močnejši segrevalni učinek kot CO2.
- Certifikati in politike: v Evropi in drugod obstajajo trajnostna merila (npr. določila v standardih in direktivah), ki zahtevajo preverjanje izvora biomase in vplive na okolje.
Prednosti in omejitve
- Prednosti: obnovljiv vir (če je trajnostno upravljan), zmanjšuje odvisnost od fosilnih goriv, omogoča lokalno proizvodnjo energije in obdelavo odpadkov.
- Omejitve: omejena gostota energije, logistični stroški zbiranja in transporta, tekmovanje za zemljišča s pridelavo hrane, okoljski vplivi ob neustreznem upravljanju.
Praktični napotki in primeri uporabe
- V mestnih daljinskih ogrevalnih sistemih se pogosto uporablja lesna biomasa ali bioplin v manjših kotlovnicah in kogeneracijskih enotah.
- Kmetje pogosto izkoriščajo gnoj in ostanke v bioplinskih napravah za proizvodnjo toplote in elektrike ter za proizvodnjo gnojil (digestat).
- Paketne rešitve, kot so peleti ali briquettes, olajšajo skladiščenje in transport ter se pogosto uporabljajo v gospodinjstvih in manjših industrijskih obratih.
Zaključek
Biomasa je raznolika in uporabna surovina za proizvodnjo toplote, elektrike in goriv. Njena resnična okoljska vrednost je odvisna od izvora, načina pridobivanja in upravljanja z viri. Z ustreznimi tehnologijami in trajnostnimi praksami lahko biomasa prispeva k prehodu na nizkoogljično energijo, vendar je potrebna premišljena politika, certificiranje ter tehnična optimizacija, da se zmanjšajo negativni vplivi in poveča skupna učinkovitost.
Antarktični kril, katerega vrsta predstavlja približno 0,66 % zemeljske biomase, kar je največ med vsemi živalskimi vrstami.
Switchgrass, trpežna rastlina, ki se v ZDA uporablja v industriji biogoriv.
Riževe pleve
Energetska industrija
Izraz biomasa je uporaben zlasti pri rastlinah, kjer nekaterih notranjih struktur ni vedno mogoče šteti za živo tkivo, na primer les (sekundarni ksilem) drevesa.
Biogoriva vključujejo bioetanol, biodizel in bioplin.
Biomasa se prideluje iz več rastlin, med drugim iz preklopne trave, konoplje, koruze, topola, vrbe in sladkornega trsa. Posebna uporabljena rastlina običajno ni zelo pomembna za končne izdelke, vendar vpliva na predelavo surovine. Čeprav je biomasa obnovljivo gorivo, lahko njena uporaba še vedno prispeva h globalnemu segrevanju. To se zgodi, ko se poruši naravno ravnovesje ogljika; na primer s krčenjem gozdov ali urbanizacijo zelenih površin.
Biomasa je del kroženja ogljika. Pri fotosintezi se ogljik iz ozračja pretvori v rastlinske snovi. Ko rastlina zgnije ali zgori, se ogljik vrne v ozračje. To se zgodi nekoliko hitro, rastlinske snovi, ki se uporabljajo kot gorivo, pa se lahko stalno nadomeščajo s sajenjem za novo rast. Zato se količina ogljika v ozračju ne spremeni veliko.
Čeprav fosilna goriva izvirajo iz stvari, ki so že zdavnaj umrle, jih po splošno sprejeti opredelitvi ne štejemo za biomaso, saj vsebujejo ogljik, ki že zelo dolgo ni več v krogu ogljika. Z njihovim izgorevanjem se v ozračje zato vnaša veliko ogljikovega dioksida.
Druge uporabe biomase poleg goriva:
- Gradbeni material
- Papir (iz celuloznih vlaken)
- Biološko razgradljiva plastika
Plastične mase iz biomase, kot so nekatere, ki se raztapljajo v morski vodi, se izdelujejo na enak način kot plastične mase iz nafte, njihova proizvodnja je dejansko cenejša in izpolnjujejo ali presegajo večino standardov učinkovitosti. Vendar pa niso tako odporne na vodo kot običajne plastike.
Elektrarna na bioplin
Ekologija
Najuspešnejša žival glede na biomaso je antarktični kril, Euphausia superba, katerega biomasa po vsem svetu verjetno presega 500 milijonov ton, kar je približno dvakrat več od skupne biomase ljudi. Biomasa je lahko tudi merilo suhe organske mase ekosistema.
To je povzetek podatkov o biomasi.
| TIP EKOSISTEMA BIOME | Območje | Povprečna neto primarna proizvodnja | Svetovna primarna proizvodnja | Povprečna biomasa | Svetovna biomasa | Najnižja stopnja nadomeščanja |
| (v milijonih km²) | (gram suhegaC/kvadratni meter/leto) | (v milijardah ton/leto) | (kg suhega C/kvadratni meter) | (v milijardah ton) | (leta) | |
| Tropski deževni gozd | 17.0 | 2,200 | 37.40 | 45.00 | 765.00 | 20.45 |
| Tropski monsunski gozd | 7.5 | 1,600 | 12.00 | 35.00 | 262.50 | 21.88 |
| zmerni zimzeleni gozd | 5.0 | 1,320 | 6.60 | 35.00 | 175.00 | 26.52 |
| Temperatni listnati gozd | 7.0 | 1,200 | 8.40 | 30.00 | 210.00 | 25.00 |
| 12.0 | 800 | 9.60 | 20.00 | 240.00 | 25.00 | |
| Sredozemski odprti gozd | 2.8 | 750 | 2.10 | 18.00 | 50.40 | 24.00 |
| Gozdovi in grmičevje | 5.7 | 700 | 3.99 | 6.00 | 34.20 | 8.57 |
| 15.0 | 900 | 13.50 | 4.00 | 60.00 | 4.44 | |
| Temperatni travniki | 9.0 | 600 | 5.40 | 1.60 | 14.40 | 2.67 |
| 8.0 | 140 | 1.12 | 0.60 | 4.80 | 4.29 | |
| Puščava in polpuščavsko grmičevje | 18.0 | 90 | 1.62 | 0.70 | 12.60 | 7.78 |
| Ekstremna puščava, kamnita puščava, peščeni ali ledeni pokrov | 24.0 | 3 | 0.07 | 0.02 | 0.48 | 6.67 |
| Obdelovalno zemljišče | 14.0 | 650 | 9.10 | 1.00 | 14.00 | 1.54 |
| Močvirje in barje | 2.0 | 2,000 | 4.00 | 15.00 | 30.00 | 7.50 |
| Jezera in potoki | 2.0 | 250 | 0.50 | 0.02 | 0.04 | 0.08 |
| Celotna celinska | 149.00 | 774.51 | 115.40 | 12.57 | 1,873.42 | 16.23 |
| Odprti ocean | 332.00 | 125.00 | 41.50 | 0.003 | 1.00 | 0.02 |
| Območja vzpona | 0.40 | 500.00 | 0.20 | 0.020 | 0.01 | 0.04 |
| 26.60 | 360.00 | 9.58 | 0.010 | 0.27 | 0.03 | |
| Rastišča alg in grebeni | 0.60 | 2,500.00 | 1.50 | 2.000 | 1.20 | 0.80 |
| Ustja in mangrove | 1.40 | 1,500.00 | 2.10 | 1.000 | 1.40 | 0.67 |
| Skupaj morske vode | 361.00 | 152.01 | 54.88 | 0.01 | 3.87 | 0.07 |
| Skupni znesek | 510.00 | 333.87 | 170.28 | 3.68 | 1,877.29 | 11.02 |
Sorodne strani
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je biomasa?
O: Biomasa je izraz, ki se uporablja za označevanje celotnega živega materiala na določenem območju ali v biološki skupnosti, merjeno z maso ali suho maso na kvadratni meter ali kilometer.
V: Kaj je bioplin in kako ga je mogoče proizvesti?
O: Bioplin je plinasto gorivo, ki se lahko proizvaja z razgradnjo organskih odpadkov, kot so odmrli rastlinski ali živalski materiali, živalski gnoj in kuhinjski odpadki, z delovanjem bakterij v bioplinskih reaktorjih, pri čemer se sprošča mešanica metana in ogljikovega dioksida.
V: Ali je biomasa kakor koli povezana z energetsko industrijo?
O: Da, biomasa je povezana z energetsko industrijo, saj se nanaša na biološki material, ki se lahko uporablja kot gorivo ali za industrijsko proizvodnjo, kot so rastlinske snovi, ki se gojijo za proizvodnjo biogoriv, ter rastlinske ali živalske snovi, ki se uporabljajo za proizvodnjo vlaken, kemikalij ali toplote.
V: Ali se lahko biološko razgradljivi odpadki štejejo za obliko biomase?
O: Da, biološko razgradljivi odpadki se lahko štejejo za obliko biomase, saj jih je mogoče sežgati kot gorivo za proizvodnjo energije.
V: Kakšna je razlika med premogom in biomaso?
O: Čeprav sta tako premog kot biomasa primera organskih snovi, je premog fosilno gorivo, ki so ga preoblikovali geološki procesi, medtem ko biomasa vključuje organske snovi, ki se lahko uporabijo kot gorivo ali v industrijski proizvodnji.
V: Kako se meri biomasa?
O: Biomasa se lahko meri z maso ali suho maso na določeno površino, na primer na kvadratni meter ali kilometer.
V: Kakšna je sestava bioplina?
O: Bioplin je mešanica metana in ogljikovega dioksida, ki se sprošča pri razgradnji organskih odpadkov z delovanjem bakterij v bioplinskih reaktorjih.
Iskati