Biomasa

les je osnova za biomaso

Biomasa je celotna masa rastlinskega, živalskega organizma, populacije ali celotne biocenoze na enoto površine ali prostornine v določenem času. Celotno biomaso biocenoze sestavlja masa proizvajalcev, porabnikov in razkrojevalcev. Biomasa proizvajalcev nastaja v procesu fotosinteze . Izraža se v gramih ali kilogramih sveže oz. suhe teže na m² (kopenske biocenoze) ali m³ (vodne biocenoze). Biomasa je tudi skupno ime za odmrl organski material, predvsem rastlinskega izvora, ki ga človek lahko uporablja za pridobivanje energije, razen fosilnih snovi kot sta nafta in premog. Sem prištevamo les, kot najbolj razširjen vir za pridobivanje energije, slamo, hitro rastoče kulturne rastline (npr. sladkorni trs in repna ogrščica), organske odpadke (živinorejski odpadki, komunalni odpadki, kanalizacijska voda).

Ocenjujejo, da na Zemlji s fotosintezo letno nastane okoli 10¹¹ ton organskih snovi. Biomaso lahko uporabljamo neposredno za kurjenje, s čimer nastaja toplotna energija, ali pa jo z različnimi tehnološkimi procesi pretvorimo v tekoče in plinaste ogljikovodike, ki so uporabni kot gorivo (t. i. bioplin in biodizel).

Do leta 1700 je biomasa predstavljala glavni energetski vir. Še vedno ostaja glede na delež v strukturi svetovne oskrbe z energijo s 14 % deležem na najpomembnejši nefosilni vir energije. Primarni energetski vir predstavlja v državah v razvoju, saj ponekod pokrijejo z biomaso nad 80 % energijskih potreb. V Evropi se delež močno spreminja glede na naravne danosti. V alpskih in nekaterih skandinavskih deželah je delež biomase v primarni oskrbi z energijo skoraj 20 %, medtem ko je evropsko povprečje 2-5 %.

V Sloveniji uporabljamo biomaso za ogrevanje več kot 100.000 stavb. Skoraj izključno se za ogrevanje uporablja lesna biomasa.

Viri biomase

Biomasa temelji na ogljiku, vodiku ter kisiku. Energija biomase izhaja iz štirih različnih virov energije: smeti, lesa, zemeljskih plinov ter odpadkov. Energija iz lesa nastaja neposredno iz posekanega lesa, kot tudi iz njegovega odpadka. Največji vir lesa je razločevanje tekočine odpadnih procesov v papirni industriji vlaknin papirja ter kartona. Odpadki so drugi največji vir energije iz biomase. Največ prispevajo komunalni odpadki, proizvodni odpadki ter plin ki se sprošča iz teh odpadkov. Alkoholna goriva biomase se proizvajajo predvsem iz sladkornega trsa ter koruze. To je neposredno mogoče uporabiti kot gorivo ali kot dodatek k bencinu. Biomaso lahko pretvorimo v druge oblike uporabne energije, kot so plin metan ter transportna goriva (etanol in biodizel). Zgnite smeti ter človeški se imenujejo tudi "odlagališčni plini" ali "bio plin". Rastline kot so koruza ali sladkorni trs se lahko frementirajo za proizvodnjo prevoznega goriva - etanol. Tudi biodizel je proizveden na podlagi smeti ter organskih odpadkov. Raziskujejo pa še načine kako bi proizvedli biomaso iz tekočin ter celuloze. Biomasa pa se tudi uporablja za proizvodnjo električne energije. Stranski proizvod kot so ostanki lesne energije, so popularni v ZDA. Kmetijski odpadki se pogosto uporabljajo na Mauritiusu ter jugovzhodni Aziji. Ostanki živalskih odpadkov pa v Veliki Britaniji.

Proces proizvodnje biomase v uporabno energijo

Obstaja več tehnoloških možnosti ki uporabljajo različne tipe biomase za obnovljive vire energije. Tehnologije za konverzijo, lahko sproščajo energijo neposredno v obliki toplote ali električne energije ali pa ga pretvorijo v drugo obliko energije kot sta tekoče biogorivo ali gorljiv bioplin. Medtem ko za nekatere vrste virov biomase lahko obstajajo številne možnosti uporabe za druge lahko pride upoštev samo ena ustrezna tehologija.

Termična pretvorba

To so procesi v katerih je vročina dominantni mehanizem ki pretvori biomaso v drugo kemično obliko. Osnovne alternative so zgorevanje, praženje, piroliza, uplinjanje in se v glavnem razlikujejo po obsegu, v katerem se kemične reakcije, ki sodelujejo in dovoljujejo nadaljevati pot (v glavnem pod nadzorom razpoložljivosti kisika in pretvorbo temperature).

Obstajajo številni drugi manj pogosti, bolj eksperimentalni ali zaščiteni termični procesi, ki lahko nudijo koristi, kot so hidrotermalne nadgradnje (HTU) in hidroprocesing. Nekatere so bile razvite za uporabo biomase z visoko vsebnostjo vlage, vodnega blata ki se lahko spremeni v bolj priročne oblike. Nekatere aplikacije toplotne pretvorbe so s proizvodnjo toplote in električne energije.

Kemična pretvorba

Območje kemičnega procesa se da uporabiti za pretvorbo biomase v druge oblike, na primer za proizvodnjo goriva ki je bolj konvencionalno uporabljeno, transportirano ter shranjeno ali pa izkoristiti lastnost samega procesa.

Biokemična pretvorba

Biomasa je naravni material zato se je v naravi razvilo mnogo učinkovitih biokemčnih procesov, ki razbijejo molekule iz katerih je biomasa sestavljena. Mnogo teh kemičnih procesov je mogoče pretvoriti. Biokemična pretvorba omogoča uporabo encimov oziroma bakterij ali drugih mikroorganizmov za razčlembo biomase. V večini primerov mikroorganizmi poskrbijo za pretvorbeni proces: anaerobna presnova, fermentacija in kompostiranje. Drugi kemični procesi kot je pretvorba iz svežih ter odpadnih rastlinskih olj v biodizel se imenuje transesterifikacija. Drug način razčlenitve biomase je razčlenitev karbohidratov in enostavnih sladkorjev v alkohol. Ta proces še ni do konca izpopolnjen. Znanstveniki še vedno raziskujejo učinke razčlenitve biomase.

Naravna pretvorba

Biomasa se pod posebnimi pogoji pretvori v kinetično energijo. Tako pretvorbo imenujemo naravna oz. raciolozna pretvorba.

Vpliv na okolje

Industrija ustvarjanja energije iz biomase v Združenih državah Amerike, ki sestoji iz približno 11.000 MW njene operativne zmogljivosti čez poletje v energetsko omrežje, proizvede približno 1,4 odstotka vse električne energije v ZDA. Trenutno je New Hope Partnership največja elektrarna na biomaso v severni Ameriki. 140 MW objekt uporablja vlakna iz sladkornega trsa in recikliranega mestnega lesnega goriva, da proizvede dovolj energije za svoje velike rezkalnike in rafinerijo, kot tudi za dobavo električne energije iz obnovljivih virov za skoraj 60.000 domov. Objekt je zmanjšal svojo odvisnost od nafte za več kot milijon sodov na leto in z recikliranjem sladkornega trsa in lesnih odpadkov, odlagališča ohranjajo svoj prostor v mestnih skupnostih na Floridi.

Uporaba biomase kot goriva proizvede onesnaževanje zraka v obliki ogljikovega monoksida, NOx (dušikovi oksidi), VOC (hlapne organske spojine), delcev in drugih onesnaževal, v nekaterih primerih pri koncentracijah, ki presegajo tiste iz klasičnih goriv, ​​kot sta premog in zemeljski plin. Črni ogljik onesnaževalec ustvarjen pri nepopolnem zgorevanju fosilnih goriv, biogoriv ter biomase - je možni drugi največji krivec za globalno segrevanje. V letu 2009 je Švedska študija pokazala, da nastajajo velika rjava območja, ki periodično pokrivajo velike dele južne Azije. Ugotovili, da so bila v glavnem proizvedena s kurjenjem biomase, in v manjši meri s sežiganjem fosilnih goriv. Raziskovalci so izmerili pomembno koncentracijo 14C°, ki je povezana z nedavnim rastlinskim življenjem, ne pa s fosilnimi gorivi.

Velikost elektrarne na biomaso je pogosto posledica razpoložljivosti biomase v neposredni bližini. Ključni ekonomski dejavniki elektrarne je bližina goriva ter stroški transporta. Treba pa je opozoriti, da železniški ter predvsem vodni viri znižajo ceno transporta, kar je pripeljalo do globalnega traga biomase. Da bi bile majhne elektrarne moči 1 MW rentabilne, morajo biti opremljene s tehnologijo za pretvarjanje biomase, ki to pretvorijo v uporabno električno energijo z visoko učinkovito tehnologijo kot je na primer ORC (cikel podoben procesu moči vodne pare na ekološko delovnih medijih). Takšne majhe elektrarne najdemo v Evropi. Zgorevanje ogljika biomase v atmosfero ter ogljikovega dioksida (CO₂). Količina ogljika shranjenega v suhem lesu je pribljižnmo 50% teže. Vendar po mnenju Organizacije za prehrano in kmetijstvo Združenih narodov, je mogoče rastline uporabljene kot gorivo na novo uporabiti za novo rast. Ko je biomasa iz gozdov, je čas zajetja ogljika precej daljši, ter kapaciteta ogljika v gozdovih se lahko nasplošno zmanjša zaradi nepravih tehnik v gozdarstvu. Kljub žetju pridelka iz biomase, lahko iz njega ločimo ogljik. Za primer navajam, da je bila vsebovanost ogljika v naobdelani zemlji precej večja kot na obdelovalnih površinah in sicer še posebno na globinah pod 29.4 cm (12 inches). Trava izloča ogljik v njeno večjo biomaso korenin. Tipično, trajni nasadi zaplenijo veliko več ogljika kot navadni nasadi zaradi veliko večje ne-ujete žive biomase, obeh žive in mrtve, nakopičene skozi leta, in veliko manj motenj zemlje v gojenju.

Predlog o ogljično nevtralni biomasi, ki je bil podan v zgodnjih 90', je nasledila bolj sodobna znanost, ki priznava da zrelejši, nedotaknjeni gozdovi zaplenijo ogljik bolj učinkovito kot posekana območja. Ko je ogljik drevesa spuščen v atmosfero v enem izpustu, prispeva k podnebnim spremembam veliko bolj kot počasno gnitje gozdnega lesa skozi desetletja. Trenutne raziskave kažejo, da si gozd tudi po 50-ih letih si ni opomogel do začetne shrambe ogljika in optimalna strategija bo najverjetneje zaščita obstoječih gozdov.

Gozdno-osnovana biomasa je od nedavnega pod budnim očesom številnih okoljevarstvenih organizacij, tudi Greenpeace in Zbor za Obrambo Naravnih virov, glede škodljivih učinkov, ki jih lahko ima na gozdove in podnebje. Greenpeace je nedavno izdal poročilo z naslovom Podpiranje BioRazdejanja kar izpostavlja njihove skrbi glede gozdno-osnovane biomase.

Glej tudi

• bioenergija
• biogorivo
• briketi iz biomase
• ekologija biomase
• ogrevanje na biomaso
• bioprodukt
• les za kurjavo