Biomasa: definícia, typy a využitie v energetike a ekológii

Biomasa: definícia, typy a využitie v energetike a ekológii — ako bioplyn, biopalivá a biologický odpad premieňajú hmotu na čistú obnoviteľnú energiu.

Biomasa je základný pojem v ekológii a v odvetví výroby energie. Ide o organický materiál pôvodom z rastlín alebo živočíchov, ktorý môže byť zdrojom energie alebo surovinou pre priemysel. Organický odpad, ako je odumretý rastlinný a živočíšny materiál, zvierací trus a kuchynský odpad, možno premeniť na plynné palivo nazývané bioplyn. Tento odpad rozkladajú v anaeróbnych podmienkach mikroorganizmy, najmä baktérie, vo fermentoroch na bioplyn, ktorý je v podstate zmesou metánu a oxidu uhličitého. Bioplyn sa môže využiť na výrobu elektriny, tepla alebo po vyčistení ako náhrada zemného plynu.

Čo presne znamená biomasa v ekológii a energetike

V ekológii znamená biomasa nahromadenie živej hmoty — celkový živý materiál v danej oblasti, biologickom spoločenstve alebo skupine organizmov. Zvyčajne sa meria podľa hmotnosti alebo suchej hmotnosti na jednotku plochy (napr. kg na meter štvorcový).

V energetike sa pojem vzťahuje na biologický materiál, ktorý sa môže použiť ako palivo alebo na priemyselnú výrobu. Biomasa zahŕňa rastlinnú hmotu pestovanú na použitie ako biopalivo, ale aj rastlinnú alebo živočíšnu hmotu používanú na výrobu vlákien, chemikálií alebo tepla. Do biomasy môže patriť aj biologicky rozložiteľný odpad, ktorý sa spaľuje alebo spracúva na energetické produkty. Nezahŕňa však organický materiál, ktorý bol geologickými procesmi premenený na fosílne palivá, ako sú uhlie alebo ropa.

Typy surovín (feedstock) pre biomasu

• Lesná biomasa: drevná hmota, piliny, vetvy, odpad z ťažby a spracovania dreva.
• Agrárna biomasa: poľnohospodárske zvyšky (slama, klasie), energetické plodiny (napr. repka, miscanthus), zvyšky z úrody.
• Energetické plodiny špeciálne pestované na výrobu palív a energie (napr. rýchlorastúce dreviny, trávy).
• Riasy a mikroalgae: vysoký obsah lipidov a rýchly rast, vhodné na biopalivá.
• Živočíšne vedľajšie produkty a trus: vhodné na anaeróbnu fermentáciu na bioplyn.
• Komunálny biologicky rozložiteľný odpad a priemyselný organický odpad.

Hlavné technológie premeny biomasy

• Spaľovanie: priamy spôsob využitia drevnej biomasy alebo odpadov na výrobu tepla a elektriny, často v systémoch kombinovanej výroby tepla a elektriny (CHP).
• Anaeróbna digestia: rozklad organickej hmoty bez kyslíka na bioplyn (metán + CO2) a digestát, ktorý sa dá použiť ako hnojivo.
• Pyrolýza: rozklad biomasy pri vysokých teplotách v neprítomnosti kyslíka, pri ktorej vznikajú pevné (biochar), kvapalné (biouhlie, biooleje) a plynové produkty.
• Gazifikácia: čiastočné spaľovanie pri regulovanom prívode kyslíka za vzniku syntetického plynu (syngas), ktorý sa dá ďalej využívať na výrobu elektriny, tepla alebo syntetických palív.
• Fermentácia a chemická konverzia: výroba biopalív ako bioetanol z cukrov a škrobu alebo biodiesel z rastlinných olejov a tukov.

Využitie biomasy v energetike a priemysle

• Výroba tepla a elektriny v domácnostiach, priemyselných závodoch a elektrárňach.
• Kombinovaná výroba tepla a elektriny (CHP) zvyšuje účinnosť využitia paliva.
• Bioplyn ako zdroj elektriny, tepla alebo prečistený a injektovaný do plynovej siete / použitý ako palivo pre dopravné prostriedky.
• Biopalivá pre dopravu: bioetanol, biodiesel a pokročilé biopalivá z odpadov alebo rias.
• Priemyselné suroviny: výroba bioplastov, chemikálií, vlákien a substrátov.
• Biochar a digestát: zlepšenie pôdnej úrodnosti, viazanie uhlíka v pôde a zníženie potreby minerálnych hnojív.

Výhody a nevýhody

• Výhody:
  • Obnoviteľný zdroj energie pri udržateľnom hospodárení.
  • Možnosť zníženia emisií CO2 v porovnaní s fosílnymi palivami (pri správnom cykle a správe).
  • Využitie odpadov a zvyškov, znižovanie skládkovania.
  • Podpora lokálnej ekonomiky a zamestnanosti v poľnohospodárstve a priemysle.
• Nevýhody a riziká:
  • Konkurencia s potravinovou produkciou pri pestovaní energetických plodín na ornej pôde.
  • Možné negatívne dopady na biodiverzitu a pôdnu kvalitu pri intenzívnom pestovaní.
  • Emisie znečisťujúcich látok (NOx, prach) pri spaľovaní, ak nie sú použité vhodné filtre.
  • Nezaručená uhlíková neutralita — závisí na celom životnom cykle, doprave a metódach pestovania.

Udržateľnosť a environmentálne aspekty

Udržateľné využitie biomasy vyžaduje plánovanie a certifikáciu, aby sa predišlo odlesňovaniu, strate pôdnych zásob uhlíka a negatívnym sociálnym dopadom. Výpočty uhlíkovej bilancie musia zohľadniť emisie spojené s pestovaním, spracovaním, prepravou a konverziou. Produkty ako digestát z anaeróbnej digestie môžu nahradiť minerálne hnojivá a zlepšiť pôdne vlastnosti, zatiaľ čo biochar viaže uhlík do pôdy na dlhšie obdobie.

Praktické príklady využitia

• Venkovské kotolne spaľujúce drevnú štiepku pre miestne vykurovanie.
• Farmy produkujúce bioplyn z horeučiteľného trusu a odpadu, pričom vyrábajú elektrinu a teplo a digestát využívajú ako hnojivo.
• Priemyselné zariadenia využívajúce poľnohospodárske zvyšky na výrobu elektriny cez gazifikáciu.
• Ropné rafinérie a chemické závody integrujúce biomasu na výrobu biochemikálií ako alternatívu k petrochemikáliám.

Záver

Biomasa je komplexný a rôznorodý zdroj surovín a energie s veľkým potenciálom pre dekarbonizáciu, lokálnu energetickú nezávislosť a cirkulárnu ekonomiku. Jej skutočný prínos závisí od typu suroviny, technológie spracovania a udržateľného hospodárenia. Pri správnych podmienkach môže biomasa významne prispieť k prechodu na obnoviteľné zdroje energie, no vyžaduje si starostlivé plánovanie, reguláciu a monitoring environmentálnych vplyvov.

Energetický priemysel

Pojem biomasa je užitočný najmä v prípade rastlín, kde sa niektoré vnútorné štruktúry nemusia vždy považovať za živé tkanivo, ako napríklad drevo (sekundárny xylém) stromu.

Medzi biopalivá patrí bioetanol, bionafta a bioplyn.

Biomasa sa pestuje z viacerých rastlín vrátane trávy, konope, kukurice, topoľa, vŕby a cukrovej trstiny. Konkrétna použitá rastlina zvyčajne nemá veľký význam pre konečné výrobky, ale ovplyvňuje spracovanie suroviny. Hoci je biomasa obnoviteľným palivom, jej používanie môže stále prispievať ku globálnemu otepľovaniu. K tomu dochádza, keď sa naruší prirodzená rovnováha uhlíka; napríklad odlesňovaním alebo urbanizáciou zelených plôch.

Biomasa je súčasťou uhlíkového cyklu. Fotosyntéza premieňa uhlík z atmosféry na rastlinnú hmotu. Keď rastlina zhnije alebo zhorí, uhlík sa vráti do atmosféry. Deje sa to pomerne rýchlo a rastlinná hmota používaná ako palivo sa môže neustále nahrádzať výsadbou na nový rast. Preto sa množstvo uhlíka v atmosfére príliš nemení.

Hoci fosílne palivá pochádzajú z vecí, ktoré dávno zanikli, podľa všeobecne uznávanej definície sa nepovažujú za biomasu, pretože obsahujú uhlík, ktorý je už veľmi dlho mimo kolobehu uhlíka. Ich spaľovaním sa preto do atmosféry dostáva veľa oxidu uhličitého.

Ďalšie využitie biomasy okrem paliva:

• Stavebný materiál
• Papier (s použitím celulózových vlákien)
• Biologicky rozložiteľné plasty

Plasty z biomasy, ako napríklad niektoré z nich, ktoré sa rozpúšťajú v morskej vode, sa vyrábajú rovnakým spôsobom ako plasty z ropy, ich výroba je v skutočnosti lacnejšia a spĺňajú alebo prevyšujú väčšinu výkonnostných noriem. Chýba im však odolnosť voči vode ako bežným plastom.

Elektráreň na bioplyn

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to biomasa?

Otázka: Čo je bioplyn a ako sa dá vyrobiť?

Otázka: Má biomasa nejakú súvislosť s energetickým priemyslom?

Otázka: Môže sa biologicky rozložiteľný odpad považovať za formu biomasy?

Otázka: Aký je rozdiel medzi uhlím a biomasou?

Otázka: Ako sa meria biomasa?

Otázka: Aké je zloženie bioplynu?

Hľadajte podľa písmena