ASPECTE CALITATIVE CU PRIVIRE LA BIOMASA DESTINATĂ …

Ecoterra, no. 30, 2012

64

ASPECTE CALITATIVE CU PRIVIRE LA BIOMASA DESTINATĂ ÎNCĂLZIRII László BERKESY2, Mihaela BEGEA1, Corina BERKESY1, Mircea CRĂCIUN1, Liviu SUCIU1 1S.C. ICPE Bistriţa S.A., 2Universitatea Babeş-Bolyai din Cluj-Napoca, Facultatea de Ştiinţa şi Imgineria Mediului Abstract: Quality-related issues regarding the biomass meant to heating. The biomass represented by such organic matters as wood and the agricultural organic residues is one of the oldest and widest-spread sources of energy. Even nowadays, the biomass and especially the wood-derived biomass constitutes one of the most popular fuels in the world, notably at present, when the price of the fossil fuels keeps on increasing. The wooden waste materials derived from the timber, furniture, pallets and paper obtaining process, represents approximately 50% of the harvested wood material, thus constituting a vast raw stock for producing the wood material used for heating purposes (pellets, briquettes). The producers of the wood heating systems, notably those who manufacture small-sized to medium-sized devices need these fuels that are available on the market for complying with the quality standards according to which the heating plants have been tested and certified. This work lays out quality-related issues linked to the pellets, the briquettes, the wooden chips made from the wood biomass obtained in the forest area of Bistriţa-Năsăud county and from accidental forest products. The results obtained highlighted the high quality of the wood biomass used for heating purposes both in terms of environmental friendliness and of the cost price.

Key words: wood biomass, qualitative parameters, wood heating systems, pellets. Introducere

Caracterizarea cantitativă şi calitativă a subproduselor rezultate din exploatarea şi industrializarea lemnului a evidenţiat existenţa compuşilor chimici organici biodegradabili, componente pe baza cărora se pot dezvolta programe de utilizare în diverse ramuri industriale: cerinţe care impun o dezvoltare durabilă cu caracter ecologic (http://www.tuiasi.ro/users/ 110/TD_ChiriacA2011.pdf).

La nivelul Europei, suprafaţa pădurilor reprezintă 34% din totalul teritoriului dacă se raportează la totalul suprafeţei pădurilor de pe Glob.

Ca urmare a politicii de apărare a pădurilor, ponderea pădurilor europene se cifrează la numai 48%. În acestă zonă geografică suprafaţa împădurită creşte cu circa 0,1% pe an, volumul de masă lemnoasă recoltat este de 533 milioane metri cubi.

În anul 2000, aceasta reprezintă 14% din întregul volum furnizat de pădurea mondială. Masa lemnoasă recoltată este utilizată în proporţie foarte ridicată ca lemn cu utilizări industriale. Impactul combustibililor asupra mediului

Arderea combustibililor fosili generează acid sulfuric şi azotic, care ajung pe pământ sub formă de ploaie acidă având un impact atât asupra mediului natural, cât şi asupra mediului artificial. Sculpturi şi monumente construite din marmură sunt în mod deosebit vulnerabile, datorită reacţiei acizilor cu carbonatul de calciu. Combustibilii fosili conţin şi materiale radioactive, mai ales uraniu şi toriu. Arderea cărbunilor generează şi imense cantităţi de zgură şi funingine (http://www.spms.pub.ro/fisiere/impact_cte/curs/cap03.pdf).

Exploatarea, procesarea şi distribuţia de combustibili fosili poate crea şi alte probleme mediului. Metodele de exploatare a cărbunelui, îndeosebi exploatarea în cariere de suprafaţă, creează multe probleme, în timp ce forajele maritime sunt un pericol pentru organismele acvatice.

Reglementările de mediu încearcă o varietate de abordări, cum ar fi controlul cantităţilor de poluanţi şi a tehnologiei folosite, subvenţii economice sau programe voluntare pentru a limita aceste emisii.


65

Importanţa biomasei Mai întâi, nu este dăunătoare pentru mediu; cantitatea de dioxid de carbon eliminată în

atmosferă în timpul combustiei sale este compensată de aceeaşi cantitate de dioxid de carbon absorbită de plante prin fotosinteză.

În al doilea rând, eliminarea de dioxid de sulf şi oxizi de azot (factori de bază ce cauzează ploaia acidă) este mai mică decât în cazul combustibililor fosili.

În al treilea rând, încălzirea cu biomasă a devenit eficientă din punct de vedere al costului, deoarece preţul biomasei este competitiv pe piaţa de combustibili. De asemenea, utilizarea biomasei permite gestiunea deşeurilor şi utilizarea reziduurilor. De exemplu, prin arderea unui GJ de motorină se elimină 1.255 kg de oxizi de azot, 0,004 kg monoxid de azot (NO) şi 73,84 kg de dioxid de carbon (CO2); arderea unei cantităţi comparabile de lemn de foc rezultă emisii de numai 0,202 kg de oxizi de azot, iar emisia de monoxid de azot şi dioxid de carbon este zero.

Utilizarea biomasei este avantajoasă pentru protecţia mediului nu numai din cauza poluării reduse. Obţinerea de energie din biomasă previne irosirea surplusurilor alimentare, gestionează deşeurile produse de industria forestieră şi de ferme şi reciclează deşeurile urbane (Berkesy et al, 2011).

Utilizarea biomasei este avantajoasă pentru protecţia mediului nu numai din cauza poluării reduse. Obţinerea de energie din biomasă previne irosirea surplusurilor alimentare, gestionează deşeurile produse de industria forestieră şi de ferme şi reciclează deşeurile urbane (Fig. 1).

Fig. 1. Biomasa - materie primă, utilizare, piaţa de desfacere (www.Woody Biomass Properties - eXtension.mht).

Resursele de biomasă sunt disponibile peste tot în lume. Ca resursă de energie electrică,

biomasa este mai sigură ca, de exemplu, energia eoliană sau solară. Plantaţiile crescute în scopuri energetice permit utilizarea agricolă a gropilor de gunoi şi ameliorează zonele post-industriale. În Polonia, concentraţia de metale grele a depăşit 20% în astfel de zone, ceea ce înseamnă că plantele crescute acolo pot fi utilizate numai în scopuri industriale.

Peletele din lemn

Peletele din lemn sunt deşeuri lemnoase, deshidratate şi comprimate până la dublul densităţii energetice a lemnului verde (http://www.ecopellets.ro/pdf/doc_1.pdf).


66

În plus faţă de densitatea mărită, peletul are o putere calorică mai mare, costuri mai mici de transport, o logistică îmbunătăţită de stocare şi utilizare automatizată. În esenţă, peletul de lemn devine un înlocuitor viabil pentru diverşii combustibili fosili (gazul natural, petrolul, cărbunii) sau pentru lemnul de foc.

Avantajele peletelor de lemn

Peletele din lemn reprezintă un combustibil solid, ecologic, provenit dintr-o sursă reînnoibilă şi sustenabilă, folosit pentru producerea căldurii şi a energiei, produs 100% din fibre de lemn. Este de asemenea, un produs standardizat la nivel mondial.

Peletele sunt neutre din punct de vedere al emisiilor de carbon. La ardere, acestea emit aceeaşi cantitate de dioxid de carbon care a fost absorbită de pădure în timpul creşterii. Peletele din lemn ard aproape fără emisie de fum. În gazele de ardere praful este alcalin. Au un conţinut scăzut de metal, iar sulfurile sunt aproape inexistente (http://romalfa.eu/biomasa.html). Cenuşa, bogată în minerale, poate fi folosită cu succes drept îngrăşământ natural.

Peletele costă mai puţin decât combustibilii fosili. Preţul peleţilor este mult mai stabil decât cel mereu crescător al combustibililor fosili. Peletele sunt considerate înlocuitori ai gazelor naturale. Din comparaţia celor două tipuri de încălzire rezultă următoarele: peleţii sunt mai ieftini cu 20-25% faţă de gazul natural, nu prezintă pericol de explozie, se utilizează cu acelaşi confort.

Făcând aceiaşi comparaţie cu lemnul de foc, rezultă faptul că peleţii sunt mai eficienţi din punct de vedere al randamentului de ardere, puterii calorice, confortului şi siguranţei în utilizare.

Peleţii din lemn sunt combustibili ecologici, economici şi neutri privitor la emisiile de CO2, în majoritate produşi din rumeguş şi resturi de lemn, comprimate la presiune ridicată fără aditivi pentru lipire. Ei sunt de formă cilindrică, de obicei măsurând între 6-10 mm diametru şi 10-30 mm lungime (Fig. 2-3). Fiind un combustibil produs la standarde înalte şi comprimat, peleţii permit ca transportul lor să fie economic şi să se utilizeze sisteme complet automatizate în unităţile producătoare de electricitate şi căldură, de la cele care deservesc o singură familie până la cele publice.

Fig. 2. Instalaţie de producere a peletelor.

Fig. 3. Ambalarea, depozitarea şi utilizarea peletelor în cazane pentru încălzire.


67

Brichetele din lemn Brichetele au o dimensiune mai mare faţă de pelete. Materialul de bază este întotdeauna

rumeguşul şi aşchiile de lemn. Brichetele se folosesc tot mai mult în toate tipurile de încălzire pe lemn, în special pentru sobele de teracotă şi şeminee. Brichetele de lemn există în diverse forme, de la rotunde, dreptunghiulare până la octogonale (Fig. 4).

Procesul de producţie diferă faţă de peleţi, având în vedere că se poate adăuga cca. 40-50% lemn de esenţă tare, atingându-se astfel o putere calorică mult mai mare (Fig. 5).

Fig. 4. Brichetele din lemn - formă şi mod de ambalare (http://www.bizoo.ro/produse/brichete-lemn/start-0/10/).

Fig. 5. Instalaţie de producere şi depozitare a brichetelor din lemn (http://www.flux.md/editii/20104/articole/8683/).

Material şi metodă

În lucrarea de faţă au fost analizate din grupa biocombustibililor numai peletele pentru energie calorică destinate pentru uz casnic. Produsele finite (peletele) sunt granule mici cu diametrul de 6-25 mm şi lungimea de câţiva centimetri. Forţele puternice acţionând asupra materialului prelucrat în timpul extruziunii le măresc densitatea, ceea ce înseamnă o mai mare cantitate de produs finit conţinută într-un volum relativ mic.

Au fost analizate mai multe loturi de pelete, într-o perioadă de trei luni, când au fost realizate recoltări de probe de pelete de la unităţi producătoare sau de depozitare. Analizele au fost realizate imediat după recoltare, prelevarea probelor realizându-se conform cu prevederile EN 14778/2005 pentru biocombustibilii solizi şi EN 14780/2005, Metodologia de pregătire a probelor.

Pentru evaluarea calităţii biomasei luată spre analiză au fost aleşi indicatorii de calitate de bază prevăzuţi în EN14961-1 şi anume dimensiunile după care se realizează clasificarea biomasei, umiditatea cu importanţă în procesul de depozitare şi de utilizare a carburantului, densitatea şi puterea calorică, de asemenea de importanţă în utilizarea acestor categorii de biomasă pentru încălzire în diferite tipuri de centrale termice.

Pentru determinarea parametrilor de calitate mentţionaţi s-au folosit următoarele standarde: - EN 14774-3:2009 - Determinarea umidităţii; - EN 15103:2009 - Determinarea densităţii în vrac; - EN 14775:2009 - Determinarea cenuşii; - EN 14918:20109 - Determinarea puterii calorice;


68

- Standard SR EN 14961-1 (Specificaţii şi clasificare a biocombustibililor - Partea 1 - Cerinţe generale).

Standardul european Specificaţii şi clase de combustibili a fost realizat de Grupul de lucru pentru combustibili bio în scopul de a furniza o clasificare corectă pentru combustibilii solizi. În Standardul SR EN14961-1 sunt evidenţiate clasificarea şi originea biomasei lemnoase, care este exprimată ierarhic în felul următor 1. biomasa lemnoasă, 2. biomasa erbacee, 3. biomasa din fructe, 4. amestec de biomasă intenţionat şi neintenţionat (Fig. 6-7, Tab. 1-2). În ceea ce priveşte tratamentul biomasei, în standard nu sunt specificate tratări chimice cu substanţe cu conţinut de metale grele sau cu compuşi halogenaţi, tratamentul realizându-se numai cu aer, apă şi căldură.

Fig. 6. Clasificarea biomasei lemnoase după dimensiunea tipică a particulelor (Sursa: Universitatea pentru Ştiinţe Agricole din Suedia - SR EN 14961-1 Anexa A).

Fig. 7. Diferenţa între aşchiile de lemn (stânga) şi combustibilul scurt (dreapta) (Sursa: Universitatea pentru Ştiinte Agricole din Suedia - SR EN 14961-1 Anexa A).

Tabel 1

Clasificarea peletelor după dimensiuni CEN/TS 14961 Clasa Diametru (D) Lungimea (L) D06 ≤ 6 ± 1,0 mm 3,15 ≤ L ≤ 40 mm (95 w-%) D08 ≤ 8 ± 1,0 mm 3,15 ≤ L ≤ 40 mm (95 w-%) D10 ≤ 10 ± 1,0 mm 3,15 ≤ L ≤ 40 mm (95 w-%) D12 ≤ 12 ± 1,0 mm 3,15 ≤ L ≤ 50 mm (95 w-%) D25 ≤ 25 ± 1,0 mm 10 ≤ L ≤ 50 mm (95 w-%)


69

Tabel 2 Parametrii de calitate pentru bimasa lemnoasă pentru încălzire (brichete, pelete, aşchii de lemn) Nr. crt. Parametru Valoare

Brichete D40 Pelete D06 Aşchii de lemn P16A 1 Diametru 25≤D≤40 6±1 mm 3,15≤P≤16mm 2 Lungime ≤50 3,15≤L≤40 - 3 Putere calorică 17,5-19,5 MJ/kg 17,5-19,5 MJ/kg - 4 Umiditate ≤10% <10% <10%

Densitate particule ≥0,8g/cmc 5 Densitate vrac ≤650 kg/mc ≤150 kg/mc

7 Cenuşa reziduală <1% <1% <1% 8 Aditivi Fără Fără Fără 9 Culoare Maro deschis Maro deschis Maro deschis

Rezultate şi discuţii

Eşantioanele au fost prelevate în conformitate cu normativele menţionate. Dimensiunile peletelor au variat în funcţie de sorturile analizate astfel: la Lotul 1,2,3 (pelete din lemn de fag şi la Lotul 3 pelete din fag+brad) diametrul nu a variat, fiind de 8mm (D06), conform cu prevederile EN 149 61-1, şi la Lotul 4, diametrul a fost de 8mm, peletele făcând parte din categoria D08. Lungimea la Lotul 1 - 23,7+24,4mm, la Lotul 2 - între 23,2 şi 23,6mm, la Lotul 3 - între 10-28mm şi la Lotul 4 - între 10-30mm, înscriindu-se în prevederile standardului SR EN 14961-1 la acest parametru (Tab. 3-6).

Tabel 3 Parametrii de calitate ai peletelor obţinute din lemn de fag - Lot 1

Proprietăţi Proba 1 Proba 2 Proba 3 Proba 4 Media materia primă Fag Fag Fag Fag Fag

dimensiuni (mm) L=24,1; Ø=8 L=23,7; =8 L=23,7; Ø=8 L=24,4; Ø=8 L=24; Ø=8 umiditate (%) 8,3 8,5 8,3 8,2 8,3

cenuşă (%) 0,9 0,93 0,92 0,87 0,90 densitate (kg/mc) 700 700 689 715 701

putere calorică(MJ/kg) 19 18,8 18,9 19,0 18,9

Tabel 4 Parametrii de calitate ai peletelor obţinute din lemn de fag - Lot 2

Proprietăţi Proba 1 Proba 2 Proba 3 Proba 4 Media materia primă Fag Fag Fag Fag Fag

dimensiuni (mm) L=23,2;Ø=8 L=23,5; =8 L=23,4;Ø=8 L=23,6; Ø=8 L=23,4; Ø=8 umiditate (%) 8,9 9 8,8 9,3 9


putere calorică(MJ/kg) 18,5 18,7 18,8 18,7 18,7

Tabel 5 Parametrii de calitate ai peletelor obţinute din lemn de fag+brad - Lot 3

Proprietăţi Proba 1 Proba 2 Proba 3 Proba 4 Media materia primă Fag+brad Fag+brad Fag+brad Fag+brad Fag+brad

dimensiuni (mm) L=10-28; Ø=8 L=12-25;Ø=8 L=10-30;Ø=8 L=15-28;Ø=8 L=10-28;Ø=8 umiditate (%) 10,3 9,7 10 9,9 10


putere calorică (MJ/kg)

17,7 18,3 18 18,2 18


70

Tabel 6 Parametrii de calitate ai peletelor obţinute din lemn de fag+brad - Lot 4

Proprietăţi Proba 1 Proba 2 Proba 3 Proba 4 Media materia primă Fag +brad Fag +brad Fag+brad Fag+brad Fag+brad

dimensiuni (mm) L=24; Ø= 8 L=23,5; Ø= 8 L=10-30;Ø=8 L=20-28;Ø=8 L=10-30;Ø=8 umiditate (%) 8,6 8,6 8,5 8,6 8,6


putere calorică (MJ/kg)

18,4 18,3 18 18,2 18,2

Umiditatea determinată la loturile de pelete 1, 2 şi 3 a fost sub valorile limită prevăzute în

standardul EN 149 61-1, media probelor pe loturi fiind de 8,3% la Lotul 1 - pelete din lemn de fag, de 9% la Lotul 2 - pelete din lemn de fag, de 8,6% la Lotul 4 - pelete din lemn de fag+brad, valorile medii ale umiditătii la Lotul 3 (pelete din fag+brad) ajungând la valoarea de 10%, maximă pentru pelete.

Conţinutul de cenuşă determinată după EN14775:2010 s-a înscris în limitele corespunzătoare ; mediile determinărilor cenuşii pe loturi în funcţie de sortimentele de pelete au fost la Lot 1 - pelete de fag de 0,9%, la Lotul 2 - pelete de fag de 0,9%, la Lotul 3 - pelete de fag+brad de 1,5% şi la Lotul 4 - pelete de fag+brad 0,85%, valori care s-au înscris în prevederile standardului SR EN 14961-1.

Valoarea parametrului densitate în vrac s-a înscris în valorile prevăzute în standard (SR EN 14961-1) pentru sortimentele de pelete analizate.

Valoarea calorică a lemnului de diferite specii variază în interiorul unui foarte limitat interval, de la 18,5 până la 19 MJ/Kg. Această diferenţă se datorează în special conţinutului de lignină - şi parţial şi conţinutului de răşină, ceară şi ulei prezent în conifere. Valoarea parametrului valoarea calorică s-a înscris în cele prevăzute în standard (SR EN 14961-1) pentru sortimentele de pelete analizate. Concluzii

Biomasa şi în special peletele din lemn se vor impune şi în România ca sursă energetică de bază. Soluţiile pentru producerea energiei bazată pe biomasa lemnoasă sunt mai eficiente decât alte surse neconvenţionale de energie.

Din punct de vedere calitativ, loturile de pelete studiate se înscriu în standardele de calitate în vigoare.

Din punct de vedere economic se pot evidenţia următoarele aspecte: - produsele din biomasă cum sunt peletele produse în România contribuie la independenţa

energetică a ţării, preţul produseloer de biomasă fiind mult mai stabil decât cel al combustibilor fosili;

- peletele din lemn sunt standardizate la nivel european şi beneficiază de sisteme de ardere moderne cu randamente comparabile cu cele ale gazului natural;

- în ceea ce priveşte certificarea calităţii acestor produse, există numai o singură unitate de producţie certificată. Până în prezent, certificarea s-a făcut folosind standarde germane - DIN 51731 (Încercarea combustibililor solizi – lemn compactat şi scoarţă compactată în stare naturală – pelete şi brichete – cerinţe şi specificaţii pentru încercare) şi DIN plus (Pelete din lemn utilizate în sisteme de încălzire de dimensiuni mici) sau standardul austriac ŐNORM M 7135 (Lemn compactat şi scoarţă compactată în stare naturală – peleţi şi brichete – cerinţe şi specificaţii pentru încercare).

În ceea ce priveşte consumul de biomasă al României, în regim de exploatare energetic se folosesc biocombustibili pe bază de lemn, pentru cazane industriale de abur sau de apă fierbinte, pentru diferite procese de încălzire industrială sau pentru uz casnic.


71

Mulţumiri Această lucrare a fost finanţată prin proiectul BiomassTradeCentre2 “Development of biomass trade and logistics centres for sustainable mobilisation of local wood biomass resources” (Contract IEE/10/115/SI2.591387). Proiectul este cofinanţat de către UE în cadrul Intelligent Energy – Europe Programme. Bibliografie 1. Berkesy C., Begea M., Berkesy L., Crăciun M., Andreica M., Someşan M., 2011 - Aspecte ale producţiei de biomasă provenită din păduri, Ecoterra, 28:23-29 2. *** SR EN14961-1:2010 - Biocombustibili solizi - Specificaţii şi clase de combustibili 3. ***EN 14780/2005 - Biocombustibili solizi - Metodologia de pregătire a probelor 4. *** EN 14774-3:2009 - Biocombustibili solizi - Determinarea umidităţii 5. *** EN 15103:2009 - Biocombustibili solizi - Determinarea densităţii în vrac 6. *** EN 14775:2009 - Biocombustibili solizi - Determinarea cenuşii 7. *** EN 14918:20109 - Biocombustibili solizi - Determinarea puterii calorice 8. *** Contract BiomassTradeCentre2, Manual - Combustibili lemnoşi, 2011 9. *** http://www.tuiasi.ro/users/110/TD_ChiriacA2011.pdf 10. *** http://www.spms.pub.ro/fisiere/impact_cte/curs/cap03.pdf 11. *** http://www.Woody Biomass Properties - eXtension.mht 12. *** http://www.ecopellets.ro/pdf/doc_1.pdf 13. *** http://romalfa.eu/biomasa.html 14. *** http://www.bizoo.ro/produse/brichete-lemn/start-0/10/ 15. *** http://www.flux.md/editii/20104/articole/8683 Date de contact Corina BERKESY: S.C. ICPE Bistriţa S.A., str. Parcului nr. 7, 420035 Bistriţa, România, e-mail: [email protected]

.

Documents

ASPECTE CALITATIVE CU PRIVIRE LA BIOMASA DESTINATĂ …