Czy spalanie biomasy jest neutralne w kontekście CO 2 ? Wydział Przyrodniczo-Technologiczny Instytut Inżynierii Rolniczej Studenckie Koło Naukowe BioEnergia Paweł Stępień

Cel spalania biomasy Spalając biomasę przyczyniamy się do redukcji dwutlenku węgla. Jednak towarzysząca emisja CO 2 ma duże znaczenie w kontekście rozpatrywania efektu ekologicznego wykorzystania biomasy dla celów energetycznych. Zbiór, prasowanie, załadunek oraz transportowanie biomasy na duże odległości może spowodować większą emisję CO 2 do atmosfery od spalania samego węgla. Obieg CO 2 w przyrodzie

Proces gromadzenia, prasowania, załadunku Do wyżej wymienionych procesów potrzebne są następujące maszyny: ciągnik ze zgrabiarką, ciągnik z prasą, ciągnik z ładowaczem czołowym balotów, ciągnik z naczepą. W efekcie maszyny te zużywają około 14,5 litra oleju napędowego na hektar.

Rozmiary i waga balotów słomy Najczęściej produkowane są baloty o wymiarze 120 cm na 120 cm i wadze 170 kg. Z 1 ha uprawy pszenicy pozyskuje się około 2,66 Mg sm, co pozwala na wyprodukowanie 15 balotów słomy.

Transport balotów Transport sprasowanej słomy odbywa się zwykle za pomocą samochodów ciężarowych z naczepą o wymiarach: Długość 13,6 m. Szerokość 2,5 m. Wysokość 3 m. Na naczepę możemy załadować 42 baloty. Dwa rzędy po 11 balotów i dwa rzędy po 10 balotów, o łącznej wadze 7140 kg. Widok z boku Uwaga: przewóz biomasy jest ograniczony zazwyczaj jej objętością a nie masą (max. ładowność naczepy 25 Mg).

Obliczenie emisji CO 2

Wartości opałowe paliw, zawartość pierwiastka węgla w paliwach Rodzaj paliwaWartość opałowa, MJ/kg Zawartość pierwiastka węgla, %mas. Baloty ze słomy pszenicznej 17,348,53 Pelet ze słomy pszenicznej 1848,53 Węgiel kamienny22,582 Olej opałowy4386

Emisja CO 2 dla danych paliw Ilość spalonego oleju napędowego przy zbiorze i transporcie słomy: 1 ltr ON – 0,84 kg ON, więc 14,5 ltr/ha ON to 12,18 kg ON/ha, podczas transportu samochód ciężarowy spala 39 ltr ON/100 km czyli 32,76 kg ON/100 km.

Ilość wyprodukowanego dwutlenku węgla podczas zbiorów i transportu.

Ilość wyprodukowanego CO 2 przez TIR-a na różne odległości.

Podstawowe wzory i oznaczenia symboli potrzebnych do obliczenia masy węgla:

Obliczenie masy węgla niezbędnego do wyprodukowania takiej samej ilości ciepła co w przypadku spalenia 42 balotów słomy Masa słomy przewożona przez jeden samochód ciężarowy

Ilość wyprodukowanego CO 2 podczas spalenia węgla

Wykres zależności długości drogi od wyprodukowanego dwutlenku węgla x- ilość wyprodukowanego CO 2 podczas zbioru i transportu

Wpływ odległości na realne zwiększenie emisji CO 2 towarzyszącej spalaniu biomasy

Proces wytworzenia peletu ze słomy W skład taśmy produkującej pelet wchodzą: podajniki, rozdrabniarka, sieczkarka, młyn, zbiornik buforowy, granulator, kondycjoner, układ odpylania.

Zapotrzebowanie zakładu na biomasę Założenia: Wydajność instalacji 1500 kg/h (rzeczywista sprawność instalacji wynosi około 1300 kg/h), Czas pracy zakładu 12 h/dobę (6 dni w tygodniu), Ilość dni pracy zakładu: 303 dni/rok. Stąd: Zapotrzebowanie na biomasę: 4726,8 Mg/rok

Emisja dwutlenku węgla podczas zbioru i transportu biomasy w skali roku 4726,8 Mg/rok :7,14 Mg/samochód ciężarowych= 662 samochodów ciężarowych/rok Przy zbiorze i transporcie potrzebnego paliwa wyprodukowano: 1. odległość 100 km: 662 tirów/rok ∙ 205,34 kgCO 2 =135935,08 kgCO 2 /rok 2. odległość 250 km: 662 tiry/rok ∙ 359,63 kgCO 2 = ,06 kgCO 2 /rok 3. odległość 500 km: 662 tiry/rok ∙ 616,78 kgCO 2 = ,36 kgCO 2 /rok CO 2

Zapotrzebowanie energetyczne zakładu w skali roku Instalacja podczas godzinnej pracy zużywa 256 kW. 1 kWh = 3600 kJ 256 kWh = kJ W skali roku zapotrzebowanie na energię wyniesie: E e = 303 dni ∙ (12 h/dobę ∙ 921,6 MJ) = ,6 MJ/rok

Ilość wyprodukowanego CO 2 podczas produkcji energii elektrycznej dla zakładu w skali roku

Obliczenie masy węgla niezbędnego do wyprodukowania takiej samej ilości ciepła co w przypadku spalenia rocznej masy pelletu

Ilość wyprodukowanego CO 2 podczas spalenia węgla

Wpływ odległości i wytworzenia peletu na realne zwiększenie emisji CO 2 towarzyszącej spalaniu biomasy

Zalety i wady palenia biomasą Zastąpienie węgla biomasą umożliwia redukcję emisji CO2 do atmosfery. Wykorzystanie słomy dla celów energetycznych pozwala na ograniczenie zużycia paliw kopalnych oraz stanowi dodatkowe źródło dochodów dla gospodarstw rolnych. Transport balotów na bliskie odległości nie przyczynia się do znacznego zwiększenia emisji CO 2 (do 100 km emisja zwiększa się o 1,25%). Ze wzrostem odległości pomiędzy miejscem pozyskiwania słomy a miejscem jej spalania emisja CO 2 towarzysząca rośnie i powyżej pewnej odległości jej spalanie z punktu widzenia emisji CO 2 jest nieuzasadnione. Transport balotów ze słomy ograniczony jest jej objętością a nie wagą, co ma wpływ na bilans emisji CO 2 w kontekście jej transportowania.