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.

Autor: Leandro Alegsa

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.

Antarktický krill, ktorého druh tvorí približne 0,66 % biomasy Zeme, čo je najviac zo všetkých živočíšnych druhov.Zoom
Antarktický krill, ktorého druh tvorí približne 0,66 % biomasy Zeme, čo je najviac zo všetkých živočíšnych druhov.

Switchgrass, odolná rastlina, ktorá sa v Spojených štátoch používa v priemysle biopalívZoom
Switchgrass, odolná rastlina, ktorá sa v Spojených štátoch používa v priemysle biopalív

Ryžové plevyZoom
Ryžové plevy

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 bioplynZoom
Elektráreň na bioplyn

Ekológia

Najúspešnejším živočíchom z hľadiska biomasy je antarktický krill Euphausia superba, ktorého biomasa na celom svete pravdepodobne presahuje 500 miliónov ton, čo je približne dvojnásobok celkovej biomasy človeka. Biomasa môže byť aj mierou vysušenej organickej hmoty ekosystému.

Toto je súhrn údajov o biomase.

TYP EKOSYSTÉMU BIÓMU

Oblasť

Priemerná čistá primárna produkcia

Svetová primárna produkcia

Priemerná biomasa

Svetová biomasa

Minimálna miera náhrady

(v miliónoch km²)

(gram suchého C/m2/rok)

(miliardy ton/rok)

(kg suchého C/m2)

(v miliardách ton)

(roky)

Tropický dažďový prales

17.0

2,200

37.40

45.00

765.00

20.45

Tropický monzúnový les

7.5

1,600

12.00

35.00

262.50

21.88

Stálezelený les mierneho pásma

5.0

1,320

6.60

35.00

175.00

26.52

Mierny listnatý les

7.0

1,200

8.40

30.00

210.00

25.00

Boreálny les

12.0

800

9.60

20.00

240.00

25.00

Stredomorský otvorený les

2.8

750

2.10

18.00

50.40

24.00

Lesy a kroviny

5.7

700

3.99

6.00

34.20

8.57

Savanna

15.0

900

13.50

4.00

60.00

4.44

Trávne porasty mierneho pásma

9.0

600

5.40

1.60

14.40

2.67

Tundrové a alpské podnebie

8.0

140

1.12

0.60

4.80

4.29

Púštne a polopúštne kroviny

18.0

90

1.62

0.70

12.60

7.78

Extrémne púšte, skalnaté púšte, pieskové alebo ľadové pláne

24.0

3

0.07

0.02

0.48

6.67

Obrábaná pôda

14.0

650

9.10

1.00

14.00

1.54

Bažiny a močiare

2.0

2,000

4.00

15.00

30.00

7.50

Jazerá a potoky

2.0

250

0.50

0.02

0.04

0.08

Celkom kontinentálne

149.00

774.51

115.40

12.57

1,873.42

16.23

Otvorený oceán

332.00

125.00

41.50

0.003

1.00

0.02

Zóny vzostupného prúdenia

0.40

500.00

0.20

0.020

0.01

0.04

Kontinentálny šelf

26.60

360.00

9.58

0.010

0.27

0.03

Porasty rias a útesy

0.60

2,500.00

1.50

2.000

1.20

0.80

Ústia riek a mangrovové porasty

1.40

1,500.00

2.10

1.000

1.40

0.67

Morské plavidlá spolu

361.00

152.01

54.88

0.01

3.87

0.07

Celkový súčet

510.00

333.87

170.28

3.68

1,877.29

11.02

Súvisiace stránky

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to biomasa?


Odpoveď: Biomasa je pojem, ktorý sa používa na označenie celkového množstva živého materiálu v danej oblasti alebo biologickom spoločenstve, meraného hmotnosťou alebo suchou hmotnosťou na meter štvorcový alebo kilometer.

Otázka: Čo je bioplyn a ako sa dá vyrobiť?


Odpoveď: Bioplyn je plynné palivo, ktoré sa môže vyrábať rozkladom organického odpadu, ako je odumretý rastlinný alebo živočíšny materiál, zvierací trus a kuchynský odpad, pôsobením baktérií vo fermentoroch bioplynu, pričom sa uvoľňuje zmes metánu a oxidu uhličitého.

Otázka: Má biomasa nejakú súvislosť s energetickým priemyslom?


Odpoveď: Áno, biomasa má súvislosť s energetickým priemyslom, pretože sa vzťahuje na biologický materiál, ktorý sa môže použiť ako palivo alebo na priemyselnú výrobu, napríklad rastlinná hmota pestovaná na výrobu biopalív, ako aj rastlinná alebo živočíšna hmota používaná na výrobu vlákien, chemikálií alebo tepla.

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


Odpoveď: Áno, biologicky rozložiteľný odpad možno považovať za formu biomasy, pretože sa môže spaľovať ako palivo na výrobu energie.

Otázka: Aký je rozdiel medzi uhlím a biomasou?


Odpoveď: Hoci uhlie aj biomasa sú príkladmi organického materiálu, uhlie je fosílne palivo, ktoré bolo transformované geologickými procesmi, zatiaľ čo biomasa zahŕňa organický materiál, ktorý sa môže použiť ako palivo alebo na priemyselnú výrobu.

Otázka: Ako sa meria biomasa?


Odpoveď: Biomasa sa môže merať podľa hmotnosti alebo suchej hmotnosti na danú plochu, napríklad na meter štvorcový alebo kilometer.

Otázka: Aké je zloženie bioplynu?


Odpoveď: Bioplyn je zmes metánu a oxidu uhličitého, ktorá sa uvoľňuje pri rozklade organického odpadu pôsobením baktérií vo fermentoroch na bioplyn.


Prehľadať
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3