Drvna biomasa:Obnovljivi izvor energije

Drvna biomasa:Obnovljivi izvor energije

Pripremila: Nives Kajba

Modul: Odabrana poglavlja zelene kemijeAk. god. 2008./2009.Koordinator modula: dr. sc. M. Jukić, doc.

Što je drvna biomasa?Što je drvna biomasa?

� Drvna biomasa je organska tvar

nastala u šumskom ekosustavu, a čine je drveće i grmlje koje se

koristi za mehaničku i kemijsku preradu, te kao ogrjevno drvo

� Klasičnim načinom iskorištavanja šuma koristi se drvo debala,

krošanja i grana čime se iskoristi oko 70% drvne biomase i otvara

se pitanje što sa onih ostalih 30%

Što sa ostalih 30%?Što sa ostalih 30%?

�Drvni ostaci koji se ne iskoriste u drvnoj industriji mogu poslužiti kao izvor

energije

�Uz današnje ubrzano iscrpljivanje fosilnih izvora energije, izgradnja

elektrane na drvnu biomasu isplativija je

od one na ugljen ili plin

Što sa ostalih 30%?Što sa ostalih 30%?

• Za proizvodnju plinova:

- Bio-SNG (Green Natural Gas) koji se

u osnovi sastoji od metana

- Syngas, koji se sastoji od ugljikovog monoksida i vodika te se koristi za

proizvodnju sekundarnih biogoriva kao

što je Fischer-Tropsch diesel

Što sa ostalih 30%?Što sa ostalih 30%?

� Za proizvodnju bioetanola za gorivo:

- npr. Gasohol koji se koristi u Brazilu (oko 25% etanola u benzinu)

- E-85 (smjesa od 85% etanola i 15%

benzina koja se koristi u SAD-u)

Prednosti uporabe biomase:Prednosti uporabe biomase:

�Obnovljiv je izvor energije (možemo je ponovo uzgojiti)

�Može se sastojati od raznih otpadnih

materijala kao što su drvni materijal, slama, kukuruzovina, bagasa i drugo

�Gotovo je sasvim CO2 neutralna tj. nova

biljna masa će apsorbirati oslobođeni

CO2

Prednosti uporabe biomase:Prednosti uporabe biomase:

�Možemo je koristiti kao zamjenu za fosilna goriva

�Može se koristiti kao supstrat za

biotehnološku proizvodnju različitih kemikalija

Celulozne sirovine:Celulozne sirovine:

� Su poljoprivredni i šumski otpaci te otpaci iz drvoprerađivačke industrije

� Celulozno vlakno obavijeno je ligninom i hemicelulozom te se zbog toga takve sirovine nazivaju i lignoceluloznim supstratima

� Omjer celuloze, lignina i hemiceluloze najčešće iznosi 3:4:3

Celulozne sirovine:Celulozne sirovine:

� Teško ih je hidrolizirati zbog toga što imaju strogo određenu građu (pretežito kristaličnu) s malim udjelom lako razgradljivih sastojaka

� Celulozna vlakna obavijena su ligninom koji služi kao fizička zaštita te je otporan na hidrolizu zbog svoje nepravilne kemijske građe

Lignin:Lignin:

� Lignin je makromolekulski polifenol svojstvene

kemijske strukture što je posljedica slučajne i nepravilne sinteze, te se zbog toga razlikuje od

drugih pravilno sintetiziranih polimera

� Vrlo je otporan na kemijsku i biokemijsku razgradnju

Postupci prethodne obrade lignoceluloznih sirovina:Postupci prethodne obrade lignoceluloznih sirovina:

1. Mehanički (mljevenje i sjeckanje)

2. Fizički ( djelovanje topline, tlaka i zračenja)

3. Kemijski (djelovanjem lužina, kiselina i sredstva za ekstrakciju)

4. Enzimski (ligninaze, hemicelulaze)

*Prethodna obrada = prevođenje celuloze iz kristaličnog u amorfni oblik

Problemi klasičnih načina prethodne obrade:Problemi klasičnih načina prethodne obrade:

�Neefikasne i s velikim gubicima sirovine (mogu dosegnuti i 25% suhe tvari)

�Tipična količina utrošene energije za uklanjanje jedne tone lignina iznosi 4000 kWh, te se utroši 800 kg NaOH i preko 300 kg Na2S

�Ostale kemikalije koje se često koriste za uklanjanje lignina su H2SO4, butanol, HCl, SO2, NaClO, H2O2 i ozon

Enzimski (biološki) postupci:Enzimski (biološki) postupci:

� “Zeleni” postupak prethodne obrade lignocelulozne sirovine

�Npr. za proizvodnju alhohola iz

lignoceluloznih materijala koriste se kvasci iz roda Candida, te kvasci Pichia

stipitis i Pachysolen tannophilus (koriste

pentoze iz hemiceluloze)

Enzimski (biološki) postupci:Enzimski (biološki) postupci:

� Prednosti enzimskih postupaka su niža cijena budući

su potrebni niski uvjeti temperature i tlaka, te se provodi bez utroška velikih količina kemijskih

sredstava

� 1993. god. Rogalski i suradnici su ustanovili da

plijesni Phanerochaete chrysosporium i Phlebia radiata proizvode enzim ligninazu koji razgrađuje

lignin velikom brzinom

Ligninaze:Ligninaze:

� Ligninaze su nekonvencionalne oksidaze koje mogu razgrađivati lignin bez prisustva kisika, te istodobno poput peroksidaza oduzimaju po

jedan elektron iz akrilnog prstena

� Vrlo su stabilne te se očekuje njihova velika primjena u procesima izdvajanja celuloze i glukoze iz lignoceluloznih supstrata

Zaključak:Zaključak:

�Drvna biomasa je nedovoljno iskorištena sirovina, no uz današnja

stalna povećanja cijena nafte i ostalih

fosilnih goriva postaje sve aktualnija

�Kako bi biomasa postala češći izbor u

odabiru izvora energije moraju se riješiti

problemi velikih gubitaka sirovine u

postupku obrade

Zaključak:Zaključak:

�Genetičkim inženjerstvom želi se utjecati na biosintezu lignina čime bi se

postiglo da biljne vrste u svojoj građi

sadrže manji udio lignina, te se

proučavaju putevi biosinteze mikrobnih ligninaza kako bi se omogućila njihova

veća produkcija i efikasnost

Zaključak:Zaključak:

� European Emission Traiding Scheme (EU ETS)

- tržište emisija znači dodjeljivanje novčane vrijednosti svakoj toni ekvivalentnog CO2 što utječe na troškove proizvodnje električne energije pa tako elektrane koje emitiraju manje CO2 postaju konkurentnije kako raste cijena CO2 emisija

Mjere smanjena emisije CO2

odnose se na sve projekte

unutar države čijom se

realizacijom smanjuju emisije

(povećanje udjela obnovljivih

izvora energije ili povećanjem

upijanja CO2 osnivanjem novih

šumskih nasada ili održavanjem

postojećih.Slika 1 Price and volume of CO2 emissions within EU ETS markets (Point Carbon, 2008)

Literatura:Literatura:

� Dr. sc.Vladimir Marić, 2000: “Biotehnologija i sirovine”

� R. Pašičko, D.Kajba, J.Domac: “Konkurentnost

šumske biomase u Hrvatskoj u uvjetima tržišta CO2

emisija”

� Energy research Centre of the Netherlands (www.ecn.com)