Skupina: „Manj kakovostni les“

Ocena kvantitativnih parametrov manj

kakovostnega lesa, ki vstopa v proces

biorafinerijskega razklopa

1. korak seminarske naloge pri predmetu Bioekonomija

Mentor: prof. dr. Luka Juvančič

21. 1. 2018

Gozdno gozdarsko območje

Nazarje

Značilnosti območja:

∼49.358 ha gozdov

∼338 m3/ha lesne zaloge

∼8,23 m3/ha letni prirastek

∼4,99 m3/ha letni posek

∼246.096 m3 skupni letni posek

Drevesne vrste in prisotnost v

lesni zalogi

Drevesna vrsta Lesna zaloga

(m3/ha)

Lesna zaloga

(%)

Smreka 214,8 61,00

Jelka 19,0 5,40

Bor 12,1 3,44

Macesen 14,6 4,15

Bukev 66,5 18,90

Hrast 7,2 2,04

Plemeniti listavci 10,9 3,10

Trdi listavci 5,2 1,50

Mehki listavci 1,6 0,45

• Plemeniti listavci: lipa, ostrolistni in gorski javor, oreh.

• Trdi listavci: gaber, kostanj, brest

• Mehki listavci: topol, jerebika, vrba

Kakovost lesa drevesnih vrst na območju

Drevesna

vrsta

Odlična

(%)

Prav dobra

(%)

Dobra

(%)

Zadovoljiva

(%)

Slaba

(%)

Smreka 21,64 40,23 31,56 5,94 0,64

Jelka 29,39 48,40 18,80 3,13 0,27

Bor 17,30 40,34 33,68 7,31 1,37

Macesen 35,74 35,30 24,90 3,65 0,40

Bukev 7,56 33,30 33,60 17,53 7,95

Hrast 7,48 34,30 37,00 15,36 5,85

Plemeniti

listavci

11,94 27,16 38,44 17,36 4,83

Drugi trdi

listavci

3,57 23 30,1 25,4 17,08

Mehki

listavci

5,64 0,40 25,20 34,70 24,09

Ocena kvantitativnih parametrov

Drevesna

vrsta

Zadovoljiva

in slaba

kakovost

(∑ %)

Lesna

zaloga

(m3/ha)

Lesna zaloga

zadovoljive in

slabe kakovosti

(m3/ha)

Možen

posek

(m3/ha)

Skupni

možni

posek na

območju

(m3)

Smreka 6,58 214,8 14,1 0,2110 10.414

Jelka 3,4 19 0,7 0,0110 543

Bor 9,37 12,1 1,1 0,0165 814

Macesen 4,05 14,6 0,6 0,0090 444

Bukev 25,48 66,5 16,94 0,2541 12.542

Hrast 21,21 7,2 1,53 0,0230 1.135

Plemeniti

listavci

22,19 10,9 2,42 0,0360 1.776

Drugi trdi

listavci

442,44 5,2 2,21 0,0330 1629

Mehki

listavci

58,79 1,6 0,94 0,0140 691

Skupaj: 29.988

Izračuni:

• Zadovoljiva in slaba kakovost (∑ %):

Vsota posameznih odstotkov

• Lesna zaloga zadovoljive in slabe kakovosti (m3/ha):

Produkt lesne zaloge in vsote odstotkov

• Možen posek (m3/ha):

5 m3/ha (možen posek) / 338 m3/ha (lesna zaloga) = 0,015

Možen posek je 1,5 % gozda

Primer „smreka“: 14,1 m3/ha x 0,015 = 0,2110 m3/ha

• Skupni možni posek na območju (m3):

Primer „smreka“: 49.358 ha gozda

0,2110 m3/ha x 49.358 ha = 10.414 m3

Kemična sestava lesa

najpogostejših drevesnih vrs

Drevesna vrsta Komponenta

Celuloza (%) Lignin (%) Hemiceluloza (%)

Smreka (Picea

abies)

41,0 - 57,8 19,0 - 29,0 8 - 13,3

Jelka (Abies spp.) 40-50* 28-29,9 25-30*

Bor (Pinus spp.) 40-50* 22,2 25-30*

Macesen (Larix

decidua)

40-50* 29,3-32,5 25-30*

Bukev (Fagus

sylvatica)

33,7 – 46,4 11,6 – 22,7 17,8 – 25,5

Hrast (Quercus

spp.)

39,5 - 42,8 24,9 – 34,3 19,0 – 25,5

*-splošni podatek

Skupina: „Manj kakovostni les“

Shematski prikaz postopka biorafinerijskega razklopa manj kakovostnega lesa

2. korak seminarske naloge pri predmetu Bioekonomija

Mentor: prof. dr. Luka Juvančič 21. 12. 2017

Razklop biomase

- Lignoceluloza je zahteven substrat za razgradnjo

- Sestavljena je iz različnih spojin najpogostejše so

celuloza(40%), hemiceluloza(20-50%), lignin (10-25%),

preostali delež predstavlja pepel, proteini in različne

nukleinske kisline v sledovih

- Za razklop se poslužujemo kemijskih, fizikalnih in

bioloških metod, pogosto uporabimo kombinacijo

Fermentacija ter pridobivanje

bioetanola iz lignocelulozne

biomase

• biokemični proces, ki ga izvajajo mikroorganizmi

• obvezna je pred priprava; uporabljamo fizikalne načine kot so mletje in

H2O/NH3/CO2 eksplozije, kemične tretmaje z nizkim/visokim pH,

biodegradacijo z mikroorganizmi ter organska topila

• sledi obdelava celuloznih ter hemiceluloznih ostankov s primernimi encimi,

da lahko dobimo glukozo, ki bo primeren substrat za proizvodnjo etanola

• Ločena hidroliza ter ko-fermentacija - v prvem koraku razgradimo

celulozo, odstranimo lignin. V drugem poteče fermentacija.

• Simultana saharifikacija ter ko-fermentacija - sprotno pretvarjanje

kompleksnih sladkorjev v glukozo in njihovo direktno pretvarjanje v etanol

preko fermentacije.

• Glavna razlika: ekstrakcija lignina

Anaerobna razgradnja

lignoceluloze ter bioplin

• Anaerobna razgradnja je ena najbolj donosnih ter cenovno ugodnih tehnik

• Pridelujemo metan - metanogene arheje

• Glede na vsebnost trdnih snovi v substratu, lahko proces razdelimo na

tekočo anaerobno razgradnjo ali pa trdno anaerobno razgradnjo.

Razlike: trdna porabi manj vode ter energije, pri enaki masi suhe snovi

zahteva manjši volumen bioreaktorja, volumetrični donos metana pa je višji.

• Največkrat se uporablja šaržni proces, tudi z dohranjevanjem, saj prinaša

največje donose.

• Dvostopenjski sklopljeni proces - prvi bioreaktor je namenje hidrolizi

lignoceluloze, drugi pa sami metanogenezi ter produkciji metana. Ker sta

pH optimuma teh dveh procesov različna, se je uporaba dvostopenjskega

procesiranja izkazala za zelo uspešno.

Piroliza lignoceluloze ter pridelava

bio-olja ter bio-oglja • Hitra piroliza je obetaven proces pretvorbe lignoceluloze v biogorivo. Glavna

prednost te metode je cenovna ugodnost; približno 0,5$ na liter.

• Bio-olje - kompleksna mešanica več kot 300 različnih oksigeniranih spojin, glavna

razlika med bio-oljem ter fosilnimi gorivi je vsebnost kisika ter razmerje H/C, ki je

pri bio-olju nižje. Bio-olja imajo nekaj pomankljivosti; nizek parni tlak, nižjo

energetsko vrednost, visoko kislost ter viskoznost in reaktivnost.

• Tekom pirolize nastajajo: plin, bio-olje, bio-oglje. % odvisen od parametrov

(temp. pirolize, hitrost dviga temp., čas izločanja snovi ter velikost delcev);

pomembna sestava, predvsem vsebnost lignina.

Tehnologija Retenzijski

čas

Temperaturn

i gradient

Temperatura Oglje Bio-olje Plin

Standardna

piroliza

5–30 min < 50°C/min 400–600°C <35% <30% <40%

Htra

piroliza

<5 sec ~1000°C/s 400–600°C <25% <75% <20%

Flash

piroliza

<0.1 sec ~1000°C/s 650–900°C <20% <20% <70%

Gasifikacija

-Produkcija sintetičnega naravnega plina iz biomase

-Taka produkcija energije je približno CO2 nevtralna

-Gre za konverzijo organskega materiala ali drugih

ogljikovih derivatov fosilnih goriv v ogljikov monoksid,

vodik in CO2.

-Te produkti se nato pretvorijo v Syngas oz. metan

-Poznamo več vrst gasifikacij: Entrained flow, CFB

gasifikacija, Allothermal gasification

Osnovna shema gasifikatorja

Kemijski in energetski tok

Lesna biomasa

(energija v

kemisjkih

vezeh)

Dovajanje toplote

Razpad biomase na CO(50%), H2(18%), CO2(14.7%),

H2O(16.5%), H2S (250ppm), NH3(1500ppm)

Metanifikacija

Filtriranje: Pepel,ZnS,katran

(Izgube energije v odpadnem

substratu)

Toplotne izgube

Para za ohlajevanje in kasnejše

ponovno segrevanje

Energija v plinu,

nadaljne izgube pri

transportu

IZKORISTEK

Kalorična vrednost izhodnega

plina/(kalorična vrednost

biomase+dovedene energije v

procesu)

Ekonomika proces

- Izgubljamo energijo z latentno toplota. Ta predvsem izhaja zaradi veliko višje izstopne

temperature plina, izgube trpimo tudi predvsem zaradi neizgorelega ogljika v obliki pepela

-Močan scale-up efekt. Namreč potrebna je vgradnja čistilca plina zaradi narave biomase

-Cena za elektriko takega vira znaša nekje 0.001–0.012 € kWh−1 ob privzemu, da les dobimo

brezplačno

Izbor metode ter razlogi zanj

Zakaj GASIFIKACIJA?

• lahko uporabimo ves manj kakovostni les (listje,lubje, vejice)

• pri višjih temperaturah postopka gasifikacija nudi boljše

rezultate

• material se popolnoma razgradi

• visoki energetski donosi do 12 000 kJ na kilogram substrata,

odvisno od % vlage ter temperature

Osnovna ocena prihodkov

in začetnih stroškov

Vizija Postaviti želimo najboljši sistem tovarn za trajnostno uporabo

naravnih virov. Bioplin bomo proizvajali lokalno in to dostaviti

vsem državljanom sveta, ki si želijo boljši jutri.

Poslanstvo Ker se svet preusmerja na bolj trajnostno gospodarjenje, želimo biti

prvi in najboljši pri moderni proizvodnji bioplina. Naš koncept

temelji na trajnostni uporabi naravnih virov, ki sicer nimajo visoke

dodane vrednosti. Želimo izboljšati izkoriščenost našega lokalno

posekanega lesa in ga vključiti v krožno gospodarstvo.

Trg

• trg energetike

• bioplin

• velika podjetja: Petrol, Energetika

Ljubljana, Gen-I

• visoki vstopni stroški: infrastruktura,

konkurenca

Konkurenca ali

strateški partnerji?

• okolju prijazen proizvod

• napreden→ prehod na trajnostna goriva

• moderna tehnologija

• trajnostna poraba lesa

• lokalna proizvodnja in predelava

• dodajanje vrednosti lesu slabše kakovosti

Naš

bioplin

Komunikacijski načrt

• strateška partnerstva

• partnerji: B2C→ marketing

• komunikacija B2B: konkurenčne prednosti

proizvoda in proizvodnje

• nove poslovne priložnosti in povezave-

mreženje

Raziskave in razvoj

• povezave z inštituti in fakultetami

• prakse za študente

• inovativnost

• investiranje v razvoj: Slovenski podjetniški

sklad, Cel krog, EU projekti