Upload
mario-veic
View
80
Download
7
Embed Size (px)
DESCRIPTION
bbc
Citation preview
Energija iz biomase
Obnovljivi izvori energije i održivi razvoj
Obnovljivi izvori energije
Definicije energije iz biomase
Energija iz materijala (drvo, slama, životinjski izmet) koji su donedavna bili živi.
Energija se može osloboditi:
direktno spaljivanjem, ili
pretvaranjem u druga goriva (kruta, tekuća ili plinovita)
Tradicionalna biomasa: ogrjevno drvo, slama, ljuske riže, životinjski izmet
Nova biomasa: industrijski proizvedena goriva iz biomase
Organski otpad
Vrste biomase (za energetske potrebe)
biomasa – drvo, kora, drveni otpad, lišće, nedrvne stabljike - u raznim
oblicima, uglavnom usitnjenim (čips, granule) ili pak kompaktirani
(pelete, briketi) radi olakšane i mehanizirane manipulacije;
biogoriva – razna ulja ili alkoholi, kao supstituti klasičnih tekućih
goriva, naročito pogodni za korištenje u postojećim motorima s
unutarnjim izgaranjem - biodizel, etanol;
bioplin - nusprodukti raspadanja organskih tvari, najčešće na
deponijama smeća, velikim gnojištima na farmama i sl., gdje se može
sigurno i učinkovito sakupiti
Pojavni oblici energije biomase
Bioenergetski ciklus na lokalnoj razini
Svjetska statistika
Ukupna masa svih živih bića na zemlji: 2000 miljardi tona
(uključujući vodu ili vlagu)
Ukupna masa kopnenih biljaka: 1800 miljardi tona
Ukupna masa šuma: 1800 miljardi tona
Energija spremljena u biomasi: 25.000 EJ
Svjetska populacija (2010): 7 miljardi
Biomasa po stanovniku: 260 tona
Neto godišnja proizvodnja kopnenih biljaka: 400 miljardi tona/godinu
Usporedbe
EJ/god TW
Godišnja pohrana u biomasi: 3000 95
Svjetska proizvodnja primarne energije: 500 16
Potrošnja biomase za energetske svrhe: 56 1,7
Potrošnja hrane: 16 0,5
Energetska vrijednost nekih goriva
Ogrjevna emisije CO2
vrijednost
GJ/t kg/GJ
Ugljen ~30 80
Nafta 42 70
Prirodni plin 55 50
Drvo (suho) ~15 80*
Energetska vrijednost biomase (i nekih goriva)
GJ/t GJ/m3
Drvo (zeleno, s 60% vlage): 6 7
Drvo (sušeno, s 20% vlage) 15 9
Drvo (sušeno, s 0% vlage) 18 9
Drveni ugljen 30
Papir (novinski) 17 9
Životinjski izmet (sušeni) 16 4
Trava (tek pokošena) 4 3
Slama (balirana) 15 1,5
Otpad šećerne trske 17 10
Domaći otpad 9 1,5
Nafta 42 34
Ugljen 28 50
Prirodni plin 55 0,04
Ciklus ugljika na lokalnoj razini
Efikasnost konverzije solarne energije u biomasu
6CO2 + 6H2O + svjetlo (sunčeva energija) —→ C6H12O6 + 6O2
1 ha (10000 m2)
Godišnja insolacija: 1300 kWh/m2 god
Godišnja energija 46,8 TJ
12% dolazi do lišća 5,6 TJ
50% je fotosintetički iskoristivo: 2,8 TJ
85% se prima na lišću 2,4 TJ
21% se pretvara u biomasu 0,5 TJ
40% se gubi ili troši u respiraciji
pa ostaje: 0,3 TJ
Ukupna efikasnost: 0,64%
Prinosi pojedinih “energetskih” biljaka
t/ha na godinu
Šećerna trska 35
Bagasa 10
Uljna repica* 3
Žitarice (pšenica, riža) 15
Sorgum, miscanthus 15
Drvo** 10
Drvo*** 20
* u Hrvatskoj
** u umjerenim krajevima
*** u tropskim krajevima
Izvori biomase
“Energetske” biljke
drvenaste biljke
poljoprivredne biljke
(miscanthus, sorghum)
a) sunflower
b) soybean
c) rapeseed
d) beans
e) forest area (ha)
f) Annual production of wood assortment (logs, firewood, wood residue) (m3).
a)
b)
e)
c)
d)
f)
Agricultural biomass potential u Hrvatskoj (t):
Woody biomass potential:
*source: Schneider (Int. J. Energy, 2007)
Izvori biomase
“Energetske” biljke
drvenaste biljke
poljoprivredne biljke
(miscanthus, sorghum)
Otpad drveni otpad
otpad/ostatak od pšenice, kukuruza (slama)
bagasa (od šećerne trske)
ljuske riže
životinjski izmet
komunalni otpad
deponiji
izgaranje
anaerobni digestori
Elektrana na slamu
Sastav komunalnog otpada
Proizvodnja plina iz deponija komunalnog otpada
Spaljivanje komunalnog otpada u EU
Izgaranje biomase
Izgaranje drva (primjer na litri vode)
Izgaranje drvenog ugljena
Izgaranje komunalnog otpada
Spalionica komunalnog otpada
Proizvodnja plinskih goriva iz biomase
Anaerobna pretvorba (anaerobic digestion)
Organski materijal + Bakterije -> šećer -> kiseline -> plin + kruti ostatak
Bioplin (mokri otpad)
(od 1 m3 do 1000 m3)
stalna ili u šaržama
digestija 10 dana do nekoliko tjedana
Plin sa deponija (landfill gas)
1 t opada -> 200-400 m3 bioplina (50-75% metan); 8 GJ/t
Anaerobni digestori za komunalni otpad
Gasifikacija
Para + kisik + organski materijal -> plin (CO + H2 + CH4)
Integralno rješenje gospodarenja otpadom
Kombinirani ciklus:
plinska turbina i
parna turbina
Pretvaranje biomase u korisnu energiju
Proizvodnja plinskih i tekućih goriva iz biomase
Plinifikacija
Piroliza
Plin u tekućinu (gas to liquid) – Fischer-Tropsch proces
Plin u metanol
Fermentacija – proizvodnja etanola
Biljna ulja u biodizel
Pretvaranje biomase u goriva
Proizvodnja bioplina
(C6H10O5)n + nH2O → 3nCO2 + 3nCH4 (+19n J/mol)
celuloza metan
Proizvodnja bioplina i njegovo korištenje
GJ/dan
Proces rasplinjavanja ugljena ili biomase
Vrste reaktora za rasplinjavanje i pirolizu
(C6H10O5)n + nH2O → 3nCO2 + 3nCH4 +19n J/mol
fermentacija
Reakcije (teoretske) pretvorbe biomase
jednostavno raspadanje
C6H10O5 → 6C + 5H2 + 2.5O2
proizvodnja drvenog ugljena
C6H10O5 → 6C + 5H2O(g)
piroliza – proizvodnja uljnih ostataka
C6H10O5 → 0.8C6H8O + 1.8H2O(g) + 1.2CO2
nagla piroliza – proizvodnja etilena
C6H10O5 → 2C2H4 + H2O + 2CO2
+5,94 MJ/kg
−2.86 MJ/kg
−2.07 MJ/kg
+0.16 MJ/kg
Specifična toplina
(entalpija) reakcije
Reakcije (teoretske) pretvorbe biomase
(nastavak)
rasplinjavanje – proizvodnja sintetskog plina
C6H10O5 + 0.5O2 → 6CO + 5H2
“shift” reakcija
CO + H2O → CO2 + H2
hidrogenacija - proizvodnja ugljikovodika
C6H10O5 + 6H2 → 6”CH2” + 5H2
izgaranje – proizvodnja topline
C6H10O5 + 6O2 → 6CO2 + 5H2O
Specifična toplina
(entalpija) reakcije
- egzotermna reakcija (toplina se proizvodi)
+ endotermna reakcija (toplina se mora dovoditi)
+1,85 MJ/kg
−4.86 MJ/kg
−17.48 MJ/kg
litara/toni litara/hektaru na godinu
Šećerna trska 70 400-12,000
Kukuruz 360 250-2000
Cassava (korijen) 180 500-4000
Batat (korijen) 120 1000-4500
Drvo 160 160-4000*
* Teoretski maksimum
Proizvodnja etanola iz biomase
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2
fermentacija
šećer (glukoza) etanol
Proizvodnja etanola iz biomase
(energija potrebna za proizvodnju, skupljanje i transport biomase nije
uzeta u obzir)
Proizvodnja etanola
Poljoprivreda
proizvodnja
šećerne repe
Proizvodnja
etanola
otpad
repa
etanol
nuz-proizvodi, otpad
Energetski input
za proizvodnju etanola
energija za
poljoprovredu
15-21.6 GJ/ha 97,8 GJ/ha
Solarna
energija
43000 GJ/ha*
*Pretpostavka: 1200 kWh/m2,yr
101,8 GJ/ha
bioplin 14,7 GJ/ha 245,7
GJ/ha
Mala ili nikakva neto energija (isplativost?)
Proizvodnja metanola iz biomase
rasplinjavanje – proizvodnja sintetskog plina
C6H10O5 + 0.5O2 → 6CO + 5H2 “shift” reakcija
CO + H2O → CO2 + H2 sinteza - proizvodnja metanola
CO + 2H2 → CH3OH
Proizvodnja metanola iz biomase
rasplinjavanje – proizvodnja sintetskog plina
C6H10O5 + 0.5O2 → 6CO + 5H2 “shift” reakcija
7/3 CO + 7/3 H2O → 7/3 CO2 + 7/3 H2 sinteza - proizvodnja metanola
11/3 CO + 22/3 H2 → 11/3 CH3OH
Proizvodnja biodizela
Pogodne biljke
Uljena repica
Soja
Suncokret
Palme
Biljno ulje
Otpadno ulje
ulje
alkohol
(metanol)
(natrijev
ili kalijev
hidroksid)
transesterifikacija biodizel
glicerin
sirovine proizvod
nuz-proizvod
katalizator
Proizvodnja biodizela
Proizvodnja biodizela (iz uljene repice)
Poljoprivreda
proizvodnja
uljene repice
Proizvodnja
ulja Esterifikacija
slama
uljena
repica
ulje
otpadni “kolač”
glicerin
900-1300 l/ha
30-42 GJ/ha
metanol energija za
proizvodnju ulja
energija u
poljoprivredi
7.8-11.2 GJ/ha 7.3-10.6 GJ/ha
41.1-59.4 GJ/ha
15-21.6 GJ/ha 5.5-7.9 GJ/ha 4.7-6.8 GJ/ha
Bio-dizel
Solarna
energy
43000 GJ/ha*
*Pretpostavka: 1200 kWh/m2,god
Mala ili nikakva neto energija (isplativost?)
Koliko vodika se može proizvesti na 1 hektaru?
Fotonaponski
paneli Elektrolizer el. energija vodik
voda
solarna
energy
50000 GJ/ha
1900 GJ/ha 2500 GJ/ha
Pretpostavke: 1400 kWh/m2,yr; pokrivenost 50%, eff. PV = 0.1; eff. elektrolizer = 0.75
Strategija energetskog razvoja Republike Hrvatske iz 1998 predviđa
4%-8% bio-dizela u ukupnim gorivima za transport do 2030
• BIOEN – jedan od nacionalnih energetskih programa
Studija isplativosti za početak proizvodnje bio-dizela u Hrvatskoj
napravljena 2001.
Hrvatska nije ostvarila Europski cilj od 5.75% do 2010.
U 2007. 0.9% ukupne energije su trebala biti biogoriva
10 bio-dizel autobusa u Zagrebu (2007)
Privatne inicijative: dvije tvornice bio-dizela
(Ozalj, Virovitica) + bio-ethanol
Bio-dizel u Hrvatskoj
Bio-dizel iz otpadnog ulja za kuhanje
Jeftina sirovina
Zahtijeva filtraciju
Problemi s spremanjem – ne smije se spremati na duže vrijeme
Hydrogenirana ulja bi se trebala izbjegavati
U Zagrebu:
100,000 l otpadnog ulja –
dostatno za 2-3 bio-dizel autobusa
Kućanstva: 2 l/osobi jednako 1 milijun litara godišnje
Procjene budućeg korištenja energije iz biomase
u svjetskoj energetskoj bilanci
EJ/god % od ukupne
Johansson, et al., 1993 2025 145 37%
2050 206 37%
Shell, 1994 2060 220 14-22%
WEC, 1994 2050 94-157 15%
2100 132-215 11-15%
Greenpeace, 1993 2050 114 19%
2100 181 18%
IPCC, 1996 2050 280 50%
2100 325 46%
Utjecaji na okoliš (pozitivni i negativni)
Emisije štetnih plinova (LCA Life Cycle Analysis)
ugljični dioksid
metan
drugi
Površina zemljišta
Neto energija (EROI – energy return on investment)
Cijena
električne energije
biogoriva
Energija iz biomase –
što je sve potrebno uzeti u obzir
Izvori energije
Ostatak
gospodarstva
Korisna energija
Energetski
sektor
Energetski povrat uloženog
Energy Return on Energy Investment (EROEI)
Uložena
energija
novac
EROEI = Korisna energija
Uložena energija
Što je problem s obnovljivim izvorima energije?
Neto energija je visoka!
Fosilna goriva Korisna energija
Visokokvalitetni feedback
Neto energija je niska?!
Obnovljivi
izvori energije Korisna energija
Visokokvalitetni feedback
Energetski povrat uloženog
Energy Return on Energy Investment (EROEI)
R. Heinberg, Searching for Miracle, ‘Net Energy’ Limits & the Fate of Industrial Society, 2009
Izvor energije ili gorivo EROEI procjene
Ugljen 50:1
Nafta 19:1
Prirodni plin 10:1
Tar sands 5.2:1 to 5.8:1
Naftni škriljci 1.5:1 to 4:1
Nuklearna energija 2:1 to 15:1
Hidro-energija 20:1 to 40:1
Energija vjetra 18:1
Fotonaponski uređaji 4:1 to 10:1
Solarna termalna energija 1.6:1
Geotermalna energija 2:1 to 13:1
Drvo za ogrijev 28:1 to 35:1
Etanol 0.5:1 to 8:1
Biodizel 1.9:1 to 9:1