1/47. Biomasa. energetické využití druhy biomasy statistiky

Transkript

1 1/47 Biomasa energetické využití druhy biomasy statistiky

2 Biomasa 2/47 tradiční zdroj základní zdroj energie v minulosti energetický potenciál 10x převyšuje energetické potřeby společnosti Průmyslov myslová revoluce Budoucí transformace Přechod k fosilním m palivům Odklon od fosilní energie OZE (biomasa) uhlí R/P = 155 let ropa R/P = 42 let zemní plyn R/P = 67 let jaderná energie III. R/P = 85 let

3 Biomasa 3/47 největší využitý potenciál z OZE v ČR podílí se % na produkci tepla z OZE podílí se % na produkci elektrické energie z OZE největší konkurent využití fosilních paliv: uhlí (teplo, elektrická energie)

4 Biomasa 4/47 lokální zdroj dostupný v dané lokalitě pěstování podporuje místní zaměstnanost využití podporuje místní ekonomiku rozvoj regionů decentralizace zdrojů, energetická soběstačnost

5 Biomasa podle druhu 5/47 živočišného původu exkrementy zemědělská produkce, stájová zvířata odpady skládkování, čistírenské kaly rostlinného původu fytomasa dřevní hmota (odpadní) palivové dřevo, štěpka, pelety, brikety stébelniny, sláma, traviny balíky, agro-pelety energetické rostliny - cíleně pěstované dřeviny (štěpka), obiloviny a traviny (balíky) plodiny olej (semena), cukry (ovoce, cukrová řepa, aj.), škroby (kukuřice, brambory, aj.) fytomasa je základem veškeré produkované biomasy (potravní řetězec)

6 Biomasa podle původu I. 6/47 lesní biomasa dendromasa dřevní hmota, zbytky po těžbě zemědělská biomasa část zemědělských produktů, seno z luk a pastvin cíleně pěstované energeticky využitelné plodiny, obiloviny, olejniny rychle rostoucí dřeviny a traviny pěstované na zemědělské půdě odpadní biomasa (ze zemědělské a potravinářské výroby) vedlejší produkty ze zpracování primárních zdrojů rostlinné nebo živočišné biomasy dřevovýroba, průmysl papíru, potravinářský průmysl, lihovarnický průmysl, zemědělství

7 Biomasa podle původu II. 7/47 (odpadní) dřevní biomasa z lesnictví a dřevoprůmyslu větve, kůra, odřezky, piliny, hobliny, třísky (odpadní) biomasa ze zemědělské a potravinářské výroby zbytky po sklizni sláma zvířecí exkrementy - kejda odpady z potravinářství jateční odpady záměrně pěstovaná energetická biomasa rychlerostoucí dřeviny (topol, vrba), obiloviny a traviny (čínský rákos, šťovík, aj.) cukernaté a škrobnaté plodiny (řepa, kukuřice) olejniny (řepka, slunečnice)

8 8/47 Energetická biomasa pěstování energie energetické aspekty náhrada fosilních paliv snížení dovozu paliv zvýšení zásob tuzemských paliv sociální aspekty nepotravinářská produkce na 1 mil ha půdy (orné+louky) nevyužité pro potraviny, nekonkuruje na přetíženém trhu potravin = využití nadbytečné půdy lokální zaměstnanost lokální energetika lokální ekonomika

9 9/47 Energetická biomasa pěstování energie ekologické aspekty intenzivní vegetace CO 2 z ovzduší odčerpáno pro fotosyntézu důsledné a účelné obdělání půdy, údržba krajiny, péče o krajinu protierozní opatření, zadržení vody v krajině nové druhy, druhová diverzita, stabilita ekosystémů likvidace odpadů, efektivní nakládání se zemědělskými odpady a přebytky

10 Energetické využití biomasy 10/47 přímé spalování (pevná paliva) sekundární paliva: suché procesy zplyňování - dřevní plyn, procesní plyn pyrolýza - pyrolýzní olej, plyn sekundární paliva: mokré procesy fermentace, etanolové kvašení, destilace bioetanol (biolíh), biometanol drcení, lisování, extrakce - surový olej esterifikace surových olejů - methylestery olejů, bionafta anaerobní digesce - bioplyn neřízená fermentace - skládkový plyn

11 Paliva z biomasy (biopaliva) 11/47 pevná paliva palivové dřevo, dřevní štěpka, pelety, brikety, kůra, piliny kapalná paliva bioetanol, biometanol, ETBE surové rostlinné oleje pyrolýzní oleje plynná paliva bioplyn (CH 4 +CO 2 ) dřevoplyn (CO+CH 4 ) syntézní plyn (CO+ CH 4 + CO 2 + H 2 )

12 Fytomasa, dendromasa 12/47 organické látky rostlinného původu sacharidy, polysacharidy: glukóza (C 6 H 12 O 6 ), škroby, celulóza (C 6 H 10 O 5 ) lignin (amorfní polyfenol, dřevovina) rostlinná lignocelulózová biomasa mokré (hydrolytické) procesy, enzymatické procesy s využitím mikroorganismů - produkty pro farmaceutický, kosmetický, potravinářský a chemický průmysl dřevní celulózoligninová biomasa suché procesy: zplyňování, pyrolýza - produkty pro energetické využití

13 Fytomasa, dendromasa 13/47 fotosyntéza zachycování slunečního záření, syntéza organických sloučenin z CO 2, H 2 O pomocí chlorofylu (zelené barvivo, katalyzátor fotosyntézy) 6 CO H 2 O (+ stopové prvky z půdy) + sluneční energie = C 6 H 12 O O 2 fytomasa = obnovitelné palivo, akumulovaná sluneční energie uhlíkový cyklus uhlík je při tvorbě fytomasy odstraňován z atmosféry a ukládán do organického materiálu fytomasa = neutrální z hlediska CO 2 (dohoda: emisní faktor CO 2 = 0) nutné sledovat emise CO, C x H y, prachu, NO x

14 Paliva z fytomasy dřevní hmota 14/47 polenové (kusové) dřevo řezání, štípání zbytková biomasa využití v domácnostech nízká cena vysoké nároky na skladovací prostor nízký podíl automatizace kotle s ručním přikládáním

15 Paliva z fytomasy dřevní hmota 15/47 štěpka velikost 1 až 10 cm zelená štěpka čerstvý klest z lesní těžby (jehličí, listí) pro elektrárny, spalovny hnědá štěpka starý klest: více kůry, bez jehličí nízká vlhkost, dobré skladování bílá štěpka odkorněné dřevo, pily, výroba desek automatické kotle (sypké palivo)

16 Těžba a zpracování dřevní biomasy 16/47 těžba dřeva 70 % se využije pro další zpracování 30 % z těžby je odpad (těžební zbytky) dalších 25 % je odpad ze zpracování dřeva

17 Zpracování těžebních zbytků 17/47 těžební zbytky (klest) zdroj živin pro půdu, ochránci varují před vyčištěním lesa zeminou znečištěná biomasa drtiče pro znečištěnou biomasu štěpkovače pro čistou odvoz balíků klestu ke zpracovateli

18 Zpracování těžebních zbytků 18/47

19 Paliva z fytomasy energetické dřeviny 19/47 rychlerostoucí dřeviny odrůdy topolu odrůdy vrby produkční (výmladková) plantáž, 3-6 let opakovaná sklizeň štěpka pro automatické kotle důvody zdroje odpadní biomasy jsou omezené neexistuje trh s biomasou lokální charakter cíl: % biomasy cílené pěstovat japonský topol

20 Paliva z fytomasy energetické dřeviny 20/47

21 Paliva z fytomasy - stébelniny 21/47 sláma nízká hustota slisované balíky vysoký obsah těkavé složky (80 %) vysoký obsah Cl (hnojiva, močůvka) vysoký obsah popelovin nízký bod měknutí, tání a tečení popela speciální kotle na slámu

22 Paliva z fytomasy - traviny 22/47 traviny, rychlerostoucí rostliny jednoleté: laskavec, konopí víceleté: není nutné zakládat porosty, úspora za osiva miscanthus (sloní tráva) nutné sázet, náklady na založení plantáže, teplejší oblasti, rovnoměrné srážky omezeně využitelná v ČR šťovík uteuša (Rumex OK2) vyšlechtěný (zemědělská plodina, nikoli plevel), vytrvalost porostů, výška 1,8-2,5 m, výnos 10 t/ha sveřep pro pelety a brikety, automatické nebo ruční kotle spalování ve velkých zařízeních

23 23/47 Paliva z fytomasy standardizovaná paliva dřevěné brikety kvalitní odpadní dřevo piliny, hobliny vysokotlaké lisování bez pojiv vysoká výhřevnost min. 16,5 MJ/kg rozměr mm, délka 30 cm agrobrikety dostupnější materiál stébelniny, sláma z řepky, výlisky z olejnin vysoký obsah popela výhřevnost od 12 do 19 MJ/kg kotle s ručním příkládáním

24 24/47 Paliva z fytomasy standardizovaná paliva dřevěné (bílé) pelety kvalitní čisté odpadní dřevo piliny lisování za vysokých tlaků bez pojiv průměr 6 až 8 mm, délka do 50 mm vysoká výhřevnost min. 16,5 MJ/kg agropelety (hnědé, alternativní) seno, řepková sláma, otruby nelze spalovat ve stejných kotlích jako bílé pelety - vysoký obsah popela výhřevnost 15,4 MJ/kg automatické kotle (sypné palivo) malé i velké zdroje

25 Chemické složení biomasy 25/ % 4-6 % % vysoký obsah kyslíku (O) na úkor uhlíku (C) nižší výhřevnost obsah prchavé hořlaviny: dřevní hmota 75 % sláma, traviny: %

26 Obsah popelovin (anorganické látky) 26/47 podle druhu biomasy sláma, traviny: 3 5 % kůra: až 6 % dřevní hmota: < 2 % dřevní pelety: < 1 % rostlinné pelety: až 5 % černé uhlí % hnědé uhlí % uhelné brikety % závisí i na způsobu pěstování skladování

27 Obsah popelovin (anorganické látky) 27/47 teplota tavení popela u většiny druhů fytomasy je vysoká 1100 až 1200 C sláma, traviny 800 až 900 C pokud teplota tavení < teplota plamene tavení popela zalepování roštu a zapékání nutno kombinovat dvě paliva nízkotající popel + vysokotající popel speciální kotle

28 Obsah popelovin (anorganické látky) 28/47 obsah popela vliv na technologii spalování struskování v topeništi, spékavost, zanášení tahů kotle (lehčí frakce) snížení přestupu tepla, účinnosti chemické složení vysoký obsah živin vápník uhličitan vápenatý draslík uhličitan draselný hořčík, fosfor využití jako vápenatodraselné hnojivo koncentrace rizikových prvků (arsen, kadmium, chrom, olovo)

29 Další látky v biomase 29/47 síra dřevní hmota: minimální obsah sláma, traviny: 0,05 0,25 % zdroj: hnojiva chlor, halogenované sloučeniny sláma, traviny: 0,15 0,70 % hnojiva, močůvka (ze solného lizu hospodářských zvířat) rizikové látky, emise dioxinů koroze teplosměnných ploch

30 Vlhkost 30/47 definice pro energetické využití m W = w = m hmotnost vody ve vzorku hmotnost puvodniho vlhkého vzorku typické hodnoty čerstvá dřevní fytomasa: 40 až 60 % zelené rostliny: až 80 % dřevo po 1 2 letech sušení venku: 15 až 20 % pelety, brikety: < 10 % závisí na způsobu a délce uskladnění

31 Vlhkost biomasy 31/47 vliv na výhřevnost účinnost výkon spotřebu paliva 18,6 MJ/kg vytěžené dřevo 60 % lze spálit, ale neefektivně kvalitu spalování emise životnost kotle H = ( 100 W ) 18,6 2,453 W 100 [MJ/kg]

32 Energetický obsah v biomase 32/47 výhřevnost množství tepla, které získáme spálením (oxidací) 1 kg dřeva zjišťuje se kalorimetricky spalné teplo vyšší o skupenské teplo vodního obsahu rozdíl lze uvolnit kondenzací ze spalin

33 Výhřevnost biomasy (pro W = 15 %) 33/47 Typ dřeva (vlhkost) Výhřevnost [MJ/kg] Hustota [kg/m 3 ] Výhřevnost [MJ/m 3 ] dub, jasan 15, topol, olše, javor, vrba 14, buk 14, borovice, modřín 15, smrk, jedle 16, pelety (W < 10 %) hnědé uhlí tříděné nízký energetický obsah: vyšší nároky na prostory topenišť, skladů paliva, nákladnou manipulaci... koncentrované formy paliv (pelety)

34 Charakteristické vlastnosti 34/47

35 Dostupný potenciál biomasy v ČR 35/47 PJ Zemědělská biomasa 194 Lesní biomasa 50 Zbytková biomasa 32 Celkem 276 Odhad vývoje využití do roku 2030 rok PJ Zdroj: Asociace pro využití obnovitelných zdrojů energie Zdroj: E. Sequens

36 Využití biomasy v ČR statistika (2009) 36/47 současné využití biomasy: 100 PJ zdroj: Bufka, MPO

37 Výroba el. energie z biomasy v ČR (2009) 37/47 zdroj: Bufka, MPO

38 Výroba tepla z biomasy v ČR (2009) 38/47 zdroj: Bufka, MPO

39 Využívání biomasy pro vytápění v ČR 39/47 nárůst do 2007 zdroj: Bufka, MPO

40 Využívání biomasy pro vytápění v ČR 40/47 nárůst do 2007 zdroj: Bufka, MPO

41 Využívání pelet v ČR 41/47 zdroj: Bufka, MPO

42 Využívání pelet v ČR 42/47 výroba pelet roste využití pelet v tuzemsku roste avšak je marginální vývoz většiny produkce dřevěných pelet do Rakouska, Německa (Itálie) roste dovoz dřevěných pelet z Ukrajiny a Slovenska roste využití rostlinných pelet (nulový vývoz) především ve velké energetice roste dovoz rostlinných pelet z Ukrajiny a Slovenska zdroj: Bufka, MPO

43 Využívání pelet v ČR 43/47 zdroj: Bufka, MPO

44 Využívání briket v ČR 44/47 zdroj: Bufka, MPO

45 Využívání briket v ČR 45/47 výroba dřevěných briket stagnuje (omezení kapacitou výroby a cenou suroviny) využití briket v tuzemsku roste avšak je marginální vývoz části produkce, významný nárůst dovozu dřevěných briket z Ukrajiny a Slovenska produkce a spotřeba rostlinných briket zanedbatelná zdroj: Bufka, MPO

46 Vývoz biomasy z ČR 46/47 zdroj: Bufka, MPO

47 Energetické využití biomasy v ČR (2009) 47/47 celulózové výluhy: papírenský průmysl zdroj: Bufka, MPO