Menu

Charakterystyka biomasy

 

1 Definicja biomasy

Definicja biomasy cytowana w §2.1 rozporządzenia MG, w pełni zbieżna z definicją biomasy zawartą w art. 2b dyrektywy 2001/77/WE, brzmi następująco:
„Biomasa - stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, pochodzące z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, a także z przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji.”

Rys. Potencjalne źródła biomasy (UWAGA - rdest sachaliński! a nie sachalijski)

 

 2 Zasoby biomasy w Polsce

W Polsce z 1 ha użytków rolnych zbiera się rocznie około 10 ton biomasy, co stanowi równowartość około 5 ton węgla kamiennego. Biorąc pod uwagę powierzchnię użytków rolnych i pozyskanie biomasy z lasów państwowych całkowita produkcja biomasy w Polsce stanowi równowartość 150 mln ton węgla kamiennego. Wartość ta jest niestety róznie szacowana w poszczególnych opracowaniach, dlatego nie może stanowić podstawy do wyliczeń. 

 3 Charakterystyka biomasy
 

 3.1.DREWNO                 

 Ma znacznie mniejszą wartość opałową od koksu czy węgla, ale też zdecydowanie mniej zanieczyszcza atmosferę dając przyjemny w zapachu, nieuciążliwy dla mieszkańców dym. Do spalania w kotłach nadają się przede wszystkim gatunki drewna drzew liściastych, jak: brzoza, klon, buk, grab, olcha. Przyjemny zapach i dobre spopielenie daje drewno drzew owocowych, głównie gruszy i śliwy. Jest ono jednak trudne do kupienia, pojawia się w sprzedaży sporadycznie przy okazji wycinania całych sadów. Włóknista budowa drzew owocowych utrudnia ponadto dzielenie pni  na mniejsze kawałki, dlatego jest nielubiane przez handlowców. Wartość opałowa drewna w dużej mierze zależy od jego wilgotności, zawartości żywic, lignin oraz ciężaru właściwego (gęstości drewna). Świeżo ścięte drewno jest  mało wydajnym paliwem, posiada ponad 50% wilgotność i sprzyja korozji wewnętrznych powierzchni kotła. Kupując drewno surowe (tańsze) trzeba liczyć się z koniecznością jego sezonowania (suszenia w naturalnych warunkach). Proces naturalnej utraty wilgotności w zależności od warunków trwa od 1-2 lat.  Jest więc bardzo długi, dlatego w handlu coraz częściej dostępne jest drewno suszone sztucznie, ciśnieniowo, w temperaturze 120-130°C. Utrata wilgotności do poziomu 20-25% trwa w tym przypadku zaledwie 3 dni.

Tabela1 Zależność pomiędzy wartością opałowa drewna a jego wilgotnością

Stan drewna

Zawartość wilgoci [%]

Wartość opałowa

[MJ/kg]

[kWh/kg]

Świeżo ścięte

50-60

7,0-7,2

2,0

Sezonowane 6 miesięcy

25-35

12,0

3,4

Sezonowane 1-2 lata

15-25

14,0-14,5

4,0-4,2

 

Drewno suche ma właściwości higroskopijne, długo sezonowane latem w słoneczne dni może osiągnąć wilgotność nawet 15%, jednak jesienią  w dni deszczowe wilgotność może ponownie wzrosnąć do 25%.                                                                                                                                                                              Zawartości żywic i lignin, jest większa w drewnie iglastym,   drewno liściaste jest z kolei dużo cięższe na każdy metr przestrzenny, a ponieważ w handlu dominuje sprzedaż na metry  przestrzenne ostatecznie w porównaniu wartości opałowej wygrywa drewno liściaste.

 

UWAGA! -1 metr przestrzenny „1mp”, to ilość drewna powstała z ułożenia stosu o wymiarach 1x1x1m, stos taki z uwagi na przestrzenie powietrzne pomiędzy kawałkami drewna jest równy około 0,7m3 .

Tabela 2 Wartość opałowa niektórych gatunków drewna

Gatunek drewna

Wartość opałowa grubizny

Gatunek drewna

Wartość opałowa grubizny

kWh/mp

kWh/kg

kWh/mp

kWh/kg

grab

2200

4,2

wierzba

1400

4,1

buk czerwony

2100

4,2

topola

1400

4,2

dąb

2100

4,2

drzewa liściaste średnio

2100

4,2

jesion

2100

4,2

daglezja

1700

4,4

robinia

2100

4,1

sosna

1700

4,4

brzoza

1900

4,3

modrzew

1700

4,4

wiąz

1900

4,1

świerk

1600

4,4

klon

1900

4,1

jodła

1500

4,4

olcha

1500

4,1

drzewa iglaste średnio

1600

4,4

     

drewno opałowe średnio

1800

4,3

 

                Kupując drewno powinniśmy zwrócić uwagę na jego formę (wielkość kawałków). Drewno w polanach i okrąglakach ma znacznie większą wartość opałową od drewna drobnego np. z okorowania bali (tzw. zrzezy).  Jest to związane z większą ilością grubizny (czyli drewna o największej gęstości) w okrąglakach nich w zewnętrznych częściach drzew.

Tabela 3 Wartość opałowa drewna w zależności od jego wielkości

Wielkość drewna

Drewno liściaste (buk/dąb) [kWh/mp]

Drewno iglaste

[kWh/mp]

polana i okrąglaki o średnicy pow. 14 cm

2200

1700

kije i okrąglaki o średnicy 7- 10 cm

1800

1400

gałęzie (4- 7 cm w pęczkach)

1300

1100

pocięte na krótkie kawałki, nie ułożone drewno  

1200

1000

Jak pali się drewno?

                Drewno liściaste ma stosunkowo krótki, jasny płomień, pali się spokojnie, „nie strzela”, nie brudzi komina i kotła substancjami smolistymi. Gatunki miękkie jak lipa, topola i wierzba spalają się dość szybko, często są wykorzystywane na rozpałkę. Drewna liściaste twarde np. grab, dąb i buk spalają się  z kolei bardzo wolno, długo podtrzymując ogień w palenisku. Drewno iglaste, szczególnie sosna i modrzew zawierają duże ilości żywic, dlatego palą się wysokim i mocno dymiącym płomieniem, szczególnie w pierwszej fazie spalania. Dają dużo ciepła i szybko podnoszą temperaturę paleniska, ale zanieczyszczają go tłustą, trudną do usunięcia sadzą. Suche drewno zapala się już w temperaturze około 230°C, do zapłonu potrzebna jest duża ilość powietrza, dlatego początek spalania wymaga otwartych drzwiczek w paleniskach.  Drewno w początkowej fazie traci wilgoć ulegając odparowaniu, im bardziej jest wilgotne, tym więcej ciepła trzeba do tej fazy doprowadzić. Przy wzroście temperatury powyżej 150°C następuje stopniowy rozkład drewna z wydzielaniem gazu drzewnego, głównego składnika palnego w drewnie. Gaz stanowi około 76-80% masy całkowitej drewna, pali się intensywnym płomieniem szybko podnosząc temperaturę w komorze spalania. Po całkowitym odgazowaniu pozostaje około 20% masy stałej (węgiel drzewny), która dopala się przy dalszym dopływie powietrza i w wysokiej temperaturze

 

3.3.2 zrębki drzewne - to rozdrobnione drewno w postaci długich na 5-50 mm ścinków o nieregularnych kształtach powstałe z trzebienia drzewostanów, usuwania połamanych konarów i gałęzi po wichurach, obrabiania kloców w tartakach czy z odpadów drzewnych z zakładów przetwarzających drewno. Po wysuszeniu są doskonałym paliwem do kotłów. W czasie przechowywania wymagają suchych, wentylowanych pomieszczeń z uwagi na właściwości higroskopijne i podatność na grzyby i pleśnie.

paliwo01.jpg

3.3.3 SŁOMA

 Stanowi wartościowy nośnik energii, jej wartość opałowa jest znaczna i wynosi około 18,7 MJ/kg suchej masy (węgiel kamienny - 32 MJ/kg). Przy spalaniu słomy nie wytwarza się więcej CO2 aniżeli pobiera go zboże z atmosfery w okresie swej wegetacji.  Słoma jest więc w dużym stopniu paliwem ekologicznym, służącym dobrze środowisku naturalnemu.  Popiół pochodzący ze spalania słomy zawiera duże ilości tlenków wapnia i potasu i może być z powodzeniem wykorzystywany jako roślinny nawóz mineralny (potasowo-wapienny). Spalaniu może być poddana słoma ze wszystkich rodzajów zbóż, a także słoma rzepakowa, gryczana, roślin strączkowych, itp.  W Polsce słoma dzielona jest w zależności od stopnia uwiądu na: słomę żółtą(świeżą), słomę szarą (zleżałą i częściowo odmytą przez deszcz). Słoma żółta ma większą zawartość chloru i jest bardziej szkodliwa dla kotłów pod względem korozyjnym. Ważnym parametrem w przypadku słomy jest temperatura topnienia popiołu. Stwierdzono, ze popiół słomy jęczmiennej topi się przy temperaturze 650÷700oC, a popiół słomy pszennej topi się przy temperaturze 950÷1000oC. Ze względu na niską temperaturę topnienia popiołu (650°C) nie zaleca się w celach energetycznych stosować słomy jęczmiennej, ponieważ następuje zjawisko oklejania
wewnętrznych powierzchni kotła.

Parametry techniczne słomy są zależne od jej wyrównania rozmiarowego, które jest forma przetworzenia słomy. Rozróżniamy następujące formy przetworzenia słomy: słoma luźna (po zbiorze ziarna pozostawiona na polu), słoma posieczona sieczkarnią, słoma sprasowana do małych kostek o masie ok. 10kg, słoma sprasowana w rolki o masie 110÷200kg, słoma sprasowana w kostki o masie 220÷400kg i słoma zbrykietowana lub zpeletyzowana. Po wyznaczeniu wartości opałowej słomy, w dziesięciu powtórzeniach, przeprowadzono pomiary długości, szerokości i wysokości oraz masy przygotowanych próbek słomy Mając te dane przeliczono następnie masę usypową, objętość właściwą i współczynnik koncentracji energii. Zestawienia uzyskanych parametrów stanowi tabela.

Tabela. Parametry słomy w zależności od wyrównania wymiarowego.

 

ozebio99.gif

Wartość energetyczna słomy jest związana z jej wilgotnością, dla większości kotłów wartość ta nie powinna przekraczać 22%. Słoma jest bardzo lekka i zajmuje dużą objętość, równowartość 1m3 węgla stanowi równowartość energetyczną około 20m3 słomy. Słomy nie trzyma się więc luzem tylko prasuje tak w czasie zbioru jak i w procesie przetwarzania. Słoma prasowana przy zbiorze nosi nazwę
„balotów” i ma kształt prostopadłościanu lub walca o różnych wymiarach zewnętrznych, zależnych od maszyny zbierającej. Do spalania w małych kotłach stosuje się baloty prostopadłościenne o masie około 10-15 kg, w kotłach przemysłowych spala się baloty w kształcie walców o średnicy 1,5m i masie 200-300 kg.

 

ozebio98.gif

Tabela. wartości opałowe różnych rodzajów słomy

paliwo02.jpgpaliwo03.jpg

Fot. Po lewej brykiet ze słomy, po prawej balot o średnicy 1,5m.

-brykiety ze słomy – powstają w wyniku prasowania słomy zbóż w specjalnych prasach tłokowych lub ślimakowych tzw. „brykieciarkach”, mają stosunkowo dużą gęstość nasypową i małą wilgotność dzięki czemu doskonale się przechowują. Mała objętość pozwala pakować je w zwykłe worki i magazynować przez wiele lat w suchych pomieszczeniach. Brykiety ze słomy mają najczęściej postać walca o średnicy od kilku do kilkunastu cm, ale dostępne są tez brykiety prostopadłościenne, owalne itp. Małe brykiety mogą być spalane w kotłach z podajnikiem ślimakowym, duże  w kotłach na paliwo stałe ze spalaniem dolnym, górnym jak i ze zgazowaniem.

3.3.4 wióry i trociny  - są produktem ubocznym skrawania i frezowania  drewna  w zakładach meblarskich, stolarniach itp. Stanowią też około 10% drewna przerabianego w tartakach. Wilgotność trocin jest bardzo zróżnicowana i waha się od 6-10%  w odpadkach meblarskich do 45-65% dla trocin   tartacznych ze świeżo ściętych drzew. Przy wilgotności 5-15% zawartość popiołu wynosi mniej niż 0,5%. Wady trocin to trudności związane z magazynowaniem, skłonność do zaparzania (trociny bukowe) i podatność na zawilgocenia.  

paliwo04.jpg

3.3.5 kora - to wartościowy pod względem energetycznym odpad przemysłu drzewnego, stanowiący od 10 do 15% masy pozyskiwanego drewna. Jej wartość opałowa wynosi 18,5-20 MJ/kg, wilgotność 55-65%, a zawartość popiołu, który ma tendencję do żużlowania stanowi 1-3% suchej masy. Część kory zostaje podczas obróbki drewna przetworzona na trociny. Korę przed podaniem do kotła z podajnikiem ślimakowym należy poddać zrębkowaniu w rębaku z górnym zasypem, zrębkowanie kory przebiega jednak szybko i pochłania niewielkie ilości energii.

3.3.6 ziarno energetyczne – głównie stosowany jest owies, jako mało wartościowe ziarno zbóż, jego wartość energetyczna wynosi ponad 17 mJ/kg, średnio 3 tony owsa dają tyle samo ciepła co 1m3 oleju opałowego lub 2 tony średniej jakości węgla. Owies jest paliwem relatywnie tanim, jego cena utrzymuje się od lat na niezmienionym poziomie i wynosi od 300 zł/tonę w sezonie do 250 zł/tonę poza sezonem. Wadą owsa jest problem z jego długotrwałym przechowywaniem, przy braku odpowiedniej wentylacji i wysokiej wilgotności, ziarno gnije, jest też atakowane przez gryzonie.

3.3.7 pellet – granulat drzewny produkowany przez wyciskanie rozdrobnionych kawałków drewna przez głowicę pelleciarki (przypomina kręcenie mięsa przez maszynkę). Jest najbardziej zaawansowanym technologicznie paliwem z biomasy. Ma postać  drobnych cylindrycznych granulek o średnicy od 6-25 mm i długości do kilku centymetrów. Pellety mają niską wilgotność i małą nasiąkliwość, ciężar nasypowy jest zbliżony do brykietów ze słomy i dochodzi do 700kg/m3. Daje to w sumie bardzo kaloryczne paliwo, wygodne w przechowywaniu i spalaniu.  Na rynku pellety dostarczane są w małych workach o masie do 40 kg, w dużych tzw. bigbagach o masie 1000 kg jak też w cysternach, przy składowaniu pelletów luzem  w przemysłowych instalacjach.

paliwo05.jpg

 Tabela 1 Właściwości biomasy

Biopaliwo

Wilgotność
%

Wartość energetyczna
MJ/kg

Gęstość
kg/m3

Zawartość popiołu
 % s. m.

zrębki

20-60

6-16

150-400

0,6-1,5

pelety

7-12

16,5-17,5

650-700

0,4-1,0

słoma żółta

10-20

14,3

90-165

4,0

słoma szara

10-20

15,2

90-165

3,0

drewno kawałkowe

20-30

11-22

380-640

0,6-1,5

kora

55-65

18,5-20

250-350

1-3

owies

10-13

17,1-18,5

400-450

0,6

Brykiety ze słomy

12-17

16-19

Do 700

3-4

 

 paliwo06.jpg

 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});