BIOMASA

 BIOMASA KAO OBNOVLJIV IZVOR ENERGIJE

Biomasa predstavlja najstariji izvor obnovljive energije. Za dobijanje goriva i

proizvodnju električne i toplotne energije, biomasa predstavlja biorazgradivi deo proizvoda,

otpada i ostataka biološkog porekla iz poljoprivrede (uključujući biljne i životinjske

materije), šumarstva i povezanih industrija, kao i biorazgradivi deo industrijskog i

komunalnog otpada. Biomasa obuhvata:

•  primarne proizvode - nastaju direktnim fotosintetskim korišćenjem sunčeve energije, a
• obuhvataju biljne kulture i drvo, ostatke povrća, nusproizvode i otpad iz industrije, pre
• svega drvne i poljoprivredne i sekundarne proizvode - indirektno koriste sunčevu energiju, nastaju razgradnjom ili
• konverzijom organske materije (na primer, životinja) i obuhvataju celokupni plankton,
• stajnjak i kanalizacioni otpad.
• Bioenergija se može dobiti direktnim sagorevanjem čvrste biomase (šumska
• biomasa) ili sagorevanjem biogoriva dobijena iz biomase, i to: tečna (bioetanol, biometanol
• i biodizel) i gasovita (biogas, deponijski gas). S druge strane, biomasa se može podeliti na:
•  biomasu iz šumarstva,
•  poljoprivrednu biomasu,
•  energetske zasade,
•  biomasu sa farmi životinja i
•  gradski otpad.

 Sastav biomase

Biomasa se sastoji uglavnom od ugljenika, vodonika i kiseonika. Dodatno, značajne

količine elemenata u tragovima mogu se naći u različitim vrstama biomase, na primer

slama sadrži veoma velike količine hlora i/ili silikona, a uljana repica relativno visoke

količine azota. Prisustvo ovih elemenata u tragovima može izazvati određene probleme pri

upotrebi, na primer tokom sagorevanja hlor može izazvati koroziju u bojleru, silicijum

stvaranje naslaga, a azot emisiju azotnih oksida.

Energetski sadržaj određenih vrsta biomase najčešće se izražava preko donje

toplotne moći (Low Heat Level - LHV). LHV zavisi od sadržaja vlage u biomasi, kao i od

sadržaja vodonika u gorivu. Stvarna LHV biomase sa poznatim sadržajem vlage može se

izračunati iz LHV vrednosti suve biomase po sledećoj jednačini:

Hu(w) = Hu(wf )(100 − w) − 2,44w/100

gde je: Hu(w) - LHV (u MJ/kg) pri određenom sadržaju vlade u biomasi,

Hu(wf) - LHV potpuno suve biomase,

w - sadržaj vlage u procentima,

konstanta 2,44 od toplote isparavanja vode

 Biomasa iz šumarstva

Biomasa iz šumarstva obuhvata prostorno i ogrevno drvo, kao i ostatke i otpad

nastao preradom drveta (rezanjem, brušenjem, …). Osnovne karakteristike koje utiču na

efikasnost upotrebe drvne biomase kao energenta obuhvataju: hemijski sastav, toplotnu

moć, temperaturu samozapaljenja, temperaturu sagorevanja, fizička svojstva koja utiču na

toplotnu moć. Osnovna veličina za proračun količine dobijene energije iz određene količine

drveta jeste njegova toplotna moć. Najveći uticaj na toplotnu moć drveta ima vrsta drveta,

sadržaj vlage, hemijski sastav, gustina i zdravost drveta. Najčešće se drvna biomasa u

energetici koristi u vidu peleta, briketa i drvnog čipsa. Ovakav način sagorevanja drvne

biomase je naročito pogodan, jer je način loženja u priličnoj meri automatizovan i

obezbeđuje se bolje sagorevanje. Briketirana biomasa se uglavnom upotrebljava u

industrijskim procesima.

 Poljoprivredna biomasa

Poljoprivrednu biomasu čine ostaci različitih poljoprivrednih kultura: slama,

kukuruzovina, oklasak, stabljike, ljuske, koštice. Ova vrsta biomase ima nisku ogrevnu moć

i veliki udeo vlage i različitih primesa. Poljoprivredna biomasa može imati višenamensku

upotrebu: za proizvodnju humusa (zaoravanjem), stočne hrane (tretirana hemijskim sredstvima, mešanjem sa proteinima i dr.), toplotne energije (sagorevanjem), građevinskog

materijala (razne presovane ploče), delova nameštaja (iverica), alkohola (vrenjem), biogasa

(anaerobnom fermentacijom), papira i ambalaže, sredstava za čišćenje metalnih površina,

ukrasnih predmeta, kao i za mnoge druge svrhe. S obzirom da se često javljaju problemi u

praksi sa korišćenjem poljoprivredne biomase kompromisno rešanje je da se ¼ biomase

zaorava u cilju poboljšanja plodnosti zemljišta, ¼ koristi za proizvodnju stočne hrane, ¼ za

proizvodnju energije i ¼ u ostale svrhe, odnosno u industriji alkohola, nameštaja, ambalaže,

papira i sl. Proizvodnja energije iz poljoprivredne biomase pružila bi značajnu uštedu

ukoliko bi se ta energija iskoristila za ogrev zimi ili za sušenje poljoprivrednih kultura i

slično.

 Biomasa iz stočarstva

Stajnjak životinja u kombinaciji sa poljoprivrednom biomasom predstavlja veoma

dobar izvor energije korišćenjam u procesu anaerobne digestije za dobija nje biogasa. Na

primer, anaerobnom digestijiom 110 t stajnjaka i 250 t kukuruzne silaže godišnje moguće je

dobiti oko 8 miliona kWh struje, što predstavlja uštedu od 16 000 tona lignita.

 Gradski otpad

Gradski otpad predstavlja zeleni deo recikliranog kućnog otpada, biomasa iz

parkova i vrtova i mulj iz kolektora otpadnih voda. Zbrinjavanje gradskog otpada zahteva 

velike investicione troškove. S druge strane, on predstavlja vredno gorivo visoke kalorijske

vrednosti. Određene frakcije gradskog otpada se mogu uključiti u proces proizvodnje

biogasa čime bi se iskoristila kalorijska vrednost, a u isto vreme, resio problem odlaganja

otpada.

 Prerada biomase

Jedan od glavnih ciljeva prerade biomase je proizvodnja biogoriva za grejanje,

transport i industrijsku upotrebu. 

Prema vrsti biomase od koje se proizvode, biogoriva se

mogu podeliti na biogoriva:

 prve generacije proizvode se iz kukuruza, pšenice, šećerne trske, šećerne repe i biljaka

koje u sebi sadrže veći procenat skroba ili šećera (nedostatak ovih biogoriva je

negativan uticaj proizvodnje na cenu osnovnih životnih namirnica i ekonomiju zemlje),

 druge generacije proizvode se od lignocelulozne biomase kao što je drvo, iskorišćeni

papir, trska i trava, kao i poljoprivrednih ostaci (proizvodnja je još uvek neefikasna za

komercijalnu upotrebu, ali neke zemlje u velikoj meri ulažu u istraživanje i razvoj),

 treće generacije proizvode se iz algi ili uljane repice, biljaka koje ne ugrožavaju zalihe

hrane (produktivnost treće generacije biogoriva je oko 30 puta veća po jedinici površine

zemljišta od prve ili druge generacije biogoriva) i

 četvrte generacije proizvode se iz sirovina koje su genetski modifikovane tako da daju

veće energetske prinose i/ili su im gradivni makromolekuli podložni ekonomičnoj

razdradnji, a svojstveno im je i da apsorbuju veće količine ugljen-dioksida iz atmosfere.

BIOMASA ZA SAGOREVANJE, DOBIJANJE BIOGORIVA I BIOGASA

DIREKTNO SAGOREVANJE BIOMASE

Hemijska struktura drvne biomase sastoji se od tri organska polimera: celuloze,

hemiceluloze i lignina. Strukturne formule ovih jedinjenja se grubo mogu predstaviti

jednačinama CH1,67O0,83, CH1,67O0,78 i C10H11O3,5 , respektivno. Odnos ovih konponenti varira

u zavisnosti od vrsta drveta. Tvrdo drvo sadrži veću količinu celuloze, hemiceluloze i

ekstraktivnih materija, a meko drvo veći sadržaj lignina.

Biomasa predstvlja značajan izvor energije koja se može iskoristiti različitim

postupcima konverzije. Najstariji način upotrebe biomase je sagorevanje. Osim sagorevanja,

energija se iz biomase može iskoristiti tehnikama termohemijske konverzije, kao što su

piroliza, likvefakcija i gasifikacija. 

Otečnjavanje (likvefakcija) biomase

Proces likvefakcije se zasniva na konverziji biomase u proizvode slične mazutu

pomoću reakcije sa vodom i ugljen-monoksidom/vodonikom u prisustvu natrijum-karbonata.

S obzirom da velika viskoznost smeše može izazvati probleme, ponekad se reakcionom sistemu dodaju organski rastvarači. Proces se odigrava pri visokoj temperaturi i pritisku, a

biomasa se prevodi u proizvode putem kompleksnih strukturnih i hemijskih promena. Kao

sirovina najčešće se koristi vlažna biomasa.

Likvefakcija se može sprovesti direktno ili indirektno. Direktni postupak uključuje

brzu pirolizu u cilju proizvodnje tečnog katrana i ulja i/ili kondenzovanih isparljivih

jedinjenja. Indirektna likvefakcija uključuje upotrebu katalizatora kako bi se nekondenzujući

gasni proizvodi preveli u tečne proizvode. Kao katalizatori mogu se koristiti rastvori baza,

jedinjenja alkalnih metala, propanol, butanol i glicerin. Alkalne soli mogu razgraditi celulozu

i hemicelulozu na manje fragmente procesima depolimerizacije i dehidrogenacije. Tokom

procesa likvefakcije količina čvrstog ostatka se povećava sa povećanjem sadržaja lignina.

Promene koje se dešavaju tokom likvefakcije su solvoliza, depolimerizacija, dekarboksilacija,

hidrogenoliza i hidrogenizacija. Razdvajanjem proizvoda nastaju gasoviti proizvodi,

proizvodi rastvorni u vodi, proizvodi rastvorni u acetonu i proizvodi nerastvorni u acetonu.

Direktno sagorevanje biomase

Sagorevanje biomase predstavlja seriju hemijskih reakcija u kojima se ugljenik

oksiduje do ugljen-dioksida, a vodonik oksiduje do vode. Nedostatak kisonika dovodi do

nepotpunog sagorevanja i formiranja različitih proizvoda, dok višak vazduha hladi sistem.

Potrebna količina vazduha zavisi od hemijskih i fizičkih karakteristika biomase.

Karakteristike koje utiču na sagorevanje su: veličina čestica i specifična težina, sadržaj

pepela, sadržaj vlage, sadržaj ekstraktivnih materija, sadržaj elemenata (C, H, O i N) i sadržaj

strukturnih konstituenata (celuloza, hemiceluloza, lignin).

Veličina čestica biomase za sagorevanje treba biti 6-8 mm. Biomasa ima mnogo

manju gustinu od uglja. Takođe, teže je smanjiti veličinu čestica. Sadržaj pepela ili

neorganskih materija u biljkama zavisi od vrste biljaka i sastava zemljišta na kome rastu. U

proseku drvo sadrži oko 0,5% pepela. Nerastvorne materije i vlaga izazivaju gubitak toplote

smanjujući efikasnost sagorevanja, dok rastvorljive jonske materije mogu imati katalitički 

efekat na pirolizu i sagorevanje. Sastav mineralnih materija varira između i unutar različitih

uzoraka biomase. Prisustvo vlage smanjuje toplotnu moć biomase. Sadržaj vlage u drvetu

varira od 41% do 70%, dok u biomasi sušenoj na vazduhu iznosi oko 20%. Veći sadržaj

ekstraktivnih komponenti pozitivno utiče na toplotnu vrednost biomase. Hemijski i fizički

sastav biomase predstavlja važan faktor pri sagorevanju. Biomasa se može analizirati

razlaganjem do strukturnih komponenti ili do hemijskih elemenata. Toplotna vrednost je

povezana sa oksidacionim stanjem prirodnih goriva u kojima dominiraju atomi ugljenika.

 RASPOLOŽIVOST BIOMASE ZA SAGOREVANJE U SRBIJI

Pod šumom se u Srbiji nalazi 29,1% ukupne teritorije, odnosno oko 2 miliona

hektara, što je svrstava u srednje šumovite zemlje. Prema podacima Republičkog zavoda za

statistiku (tabela 2.1), ukupna površina pod šumom u Srbiji iznosi oko 1 970 000 ha. Najveći

udeo u šumskom fondu imaju šume bukve i cera, 29,3, odnosno 15,3%. Godišnje se u Srbiji

proizvede oko 1,1 milona m3

drvnih sortimenata, od čega 430 000 m3

tehničkog drveta i 646

000 m3

prostornog drveta.

Tokom 2010. godine u Srbiji je dobijeno 277 242 m3

drvnog otpada. Kako prosečan

sadržaj vlage u drvetu iznosi 50 %, a u gotovim peletima 10%, iz ove količine otpada moguće

je proizvesti 183 000 t peleta. Sagorevanjem peleta dobija 18 MJ toplote /kg, pa ova količina

peleta sagorevanjem daje 3 294 TJ toplotne energije. Potrošnja toplotne energije 2010. godine

u Srbiji iznosila je ukupno 35 685 TJ. Energija koja se može dobiti sagoravanjem peleta od

nastalog otpada zadovoljava oko 9 % ukupne godišnje potrošnje toplotne energije u Republici

Srbiji.Ukupan otpadak u 2011. iznosio je 300 566 m3

. Ova količina otpada dovoljna je za

dobijanje 199 000 t peleta odnosno 3 571 TJ toplotne energije. Ukupna potrošnja toplotne

energije u Srbiji u 2011. iznosila je 37 008 TJ. Iskorišćenjem drvnog otpada moglo se

zadovoljiti skori 10 % ukupnih potreba za toplotnom energijom u Republici Srbiji u

2011.godini.