Resursele de Biomasa

1.2. Resursele de biomasa

Conform definiției adoptate de către UE, biomasa include o gamă largă de produse: copaci, culturi agricole, reziduuri agricole și silvice, efluenți, nămol rezidual, dejecții, subproduse industriale și fracțiuni organice din reziduurile solide municipale. Ca atare, bioresursele sunt din punct de vedere al potențialului ceamai importantă și mai sustenabilă resursă energetică putând oferi, conform estimărilor, o producție de energie primară de cca. 4500 EJ.

In urma cu cinci generații (125 de ani), 90 % din necesarul de energie era acoperit de către lemn. In prezent, situația este multschimbată. Dintre sursele de energie regenerabila, biomasa este deosebit de importantă pentru că ea ar putea fi o importantă sursă de carbon fixat capabilă să se reînnoiască singură, utilizată pentru reproducerea sau înlocuirea carburanților lichizi. În acest scop se folosesc cu succes o seriede culturi "energetice" cum ar fi: sorgul zaharat, topinambur, in, rapiță, manioc, sfeclade zahăr, floarea soarelui, cânepă, precum și produse agroreziduale (paie, dejecții lichide, rumeguș).

Principala sursa de biomasa o reprezinta lemnul. Alaturi de lemn exista o larga varietate de resurse ca:

culturile cu scopuri energetice:

copaci cu viteza mare de crestere: plopul, salcia, eucaliptul;

culturile agricole: trestia de zahar, rapita, sfecla de zahar;

culturi perene: miscanthus;

plante erbacee cu viteza mare de crestere: Switchgrass sau Panicum virgatum (o planta perena ce creste in America de Nord), Miscanthus sau iarba elefant (iarba de Uganda).

reziduuri:

lemnul provenit din toaletarea copacilor si din constructii;

paiele si tulpinile cerealelor;

alte reziduuri provenite din prelucrarea unor produse alimentare (trestia de zahar, ceaiul, cafeaua, nucile, maslinele).

deseuri si sub-produse:

deseurile de la prelucrarea lemnului: talas, rumegus;

deseurile de hartie;

fractia organica din deseurile municipale;

uleiurile vegetale uzate si grasimile animale.

metanul capturat de la gropile de gunoi, de la statiile de tratare a apelor uzate si din balegar.

Exista un potential mare de biomasa ce poate fi si mai mult marit printr-o utilizare mai buna a resurselor existente si prin cresterea productivitatii culturilor.

Clasificarea resurselor de biomasa

Sursele si tipurile de biomasa

Silvicultura si exploatarea forestiera

Utilizarea lemnului si a reziduurilor din exploatarea forestiera ca sursa de energie nu este o tehnologie nou-descoperita.Factorii de disponibilitate a combustibililor alternativi impreuna cu epuizarea fondului forestier si cresterea cererii de produse din lemn si hartie au condus la micsorarea utilizarii produselor forestiere ca combustibil.

Produsele si reziduurile forestiere includ :

Produse principale, rezultate din taieri de regenerare a padurilor;

Produse secundare, rezultate din taieri de ingrijire a arborilor tineri;

Produse accidentale, rezultate in urma calamitatilor si din defrisari de padure legal aprobate;

Produse de igiena, rezultate din procesul de eliminare naturala.

Pentru utilizarea biomasei in scopuri energetice, un deosebit interes il prezinta procesul de recoltare a masei lemnoase. In majoritatea cazurilor se comercializeaza doar tulpina arborilor, din care rezulta ca partea de sus a arborilor cat si trunchiul si radacinile raman nefolosite. Tulpinile comercializabile reprezinta de la 75% pana la 90% din masa arborilor, in dependenta de marimea si soiul arborilor. Cantitatea de reziduuri variaza in functie de metodele de taiere aplicate, plasarea geografica, sol.

Evident, nu toate reziduurile si deseurile din exploatarea forestiera ramase in padure sunt utilizabile din punct de vedere economic. Atentia trebuie atrasa costului de colectare a reziduurilor si deseurilor. Reziduurile de la recoltarea masei lemnoase sunt imprastiate pe un teritoriu foarte mare si unele sunt imposibil de colectat.

Colectarea reziduurilor se face din urmatoarele rationamente :

de a curata pamantul pentru o eventuala reimpadurire;

pentru a scoate copacii bolnavi din considerente sanitare;

pentru a micsora cantitatea de lemn expus din considerente de risc de incendiu;

de a ameliora aspectul estetic al padurilor.

Lemnul este utilizat atat pentru producerea de cherestea, hartie si fibre cat si ca sursa de energie. Ciclul de viata normal a unui copac include o perioada de crestere rapida in inaltime urmata de o perioada de crestere constanta in diametru, inaltime si volum. Varsta de recoltare depinde de specie, dar in general atinge 30-80 de ani. Circa (20-45)% din lemnul recoltat in fiecare an este sub forma de reziduuri, adica lemnul rezultat din toaletarea copacilor si caderile din paduri. Pentru cateva specii de copaci cu viteza mare de crestere se poate reduce ciclul de viata la 3-15 ani. Aceste specii sunt plopul, salcia si eucaliptul.

Crearea unei scheme economice de producere a energiei din biomasa lemnoasa consta in stabilirea unor sisteme logistic efective de recoltare, recuperare, compactare, transport, innobilare si stocare.

Recoltarea si transportul pot avea o influenta semnificativa asupra costului si balantei energetice. Din acest motiv trebuie acordata atentie in alegerea metodei potrivite de transport si localizarea instalatiei de conversie cat mai aproape de sursa de biomasa.

Culturile cele mai utilizate in scopuri energetice sunt cele de grau, orz, secara, trestie de zahar, sfecla de zahar, plante leguminoase (lucerna sau trifoi), plante oleagenoase (rapita), plante erbacee (miscanthus, switchgrass).

Multe alte specii au fost studiate in ceea ce priveste optimizarea productiei, recoltarea, pastrarea si procesarea. Aceste plante ofera biomasa ce poate fi arsa direct sau supusa transformarilor termochimice sau biologice. Graul, secara, orzul, trestia de zahar si sfecla de zahar sunt in general convertite in etanol.

Plantele leguminoase si plante erbaceele pot fi procesate impreuna cu balegarul sau deseurile pentru obtinerea de biogaz. Plantele oleagenoase sunt folosite pentru producerea de biodiesel. Exista plante care pot fi procesate pentru obtinerea simultana de material celulozic si bioetanol. Astfel de planta este sorgul dulce. Unele dintre plantele enumerate sunt perene, iar altele sunt anuale, dar toate sunt potrivite unei agriculturi conventionale. Ambele culturi, cele destinate productiei de energie si cele destinate alimentatiei trebuie realizate impreuna pentru a maximiza eficienta fermelor agricole. Avantajul celor destinate energeticii consta in faptul ca ele nu necesita cele mai bune terenuri si nici prea multa ingrijire, apa si fertilizatori. Acest lucru se datoreaza faptului ca importanta este cantitatea si nu calitatea.

Reziduuri agricole

Reziduurile si sub-produsele agricole sunt cele provenite din prelucrarea lemnului (rumegus, talas, placaj, coaja, lesie rezultata din prelucrarea celulozei) si din recoltarea si procesarea plantelor alimentare (cereale, trestie de zahar, ceai, cafea, orez, bumbac, arborele de cauciuc, palmierul de cocos). Numai 20% din productia de paie poate fi folosita in scopuri energetice, restul de productie utilizata pentru acoperirea nevoilor din sectorul agricol si altele. Balegarul este o alta sursa utila ce provine din sectorul agricol.

O sursa de biomasa care nu a fost exploatata pana acum o reprezinta biomasa marina, formata din plancton si alge. Avand in vedere volumul marilor, aceasta sursa poate constitui o sursa majora de energie pentru viitor.

Un mare avantaj in considerarea reziduurilor agricole ca surse energetice este costul de producere care este inclus in costul de producere al produsului primar. Cheltuielile aditionale sunt acelea legate de colectare, transport si depozitare a insusi reziduurilor.

Reziduurile agricole, in general, se caracterizeaza printr-o cantitate de apa sporita. De exemplu, planta nefolosita de rosii, cartofi, si sfecla de zahar contine mai mult de 80% apa. Reziduurile cu o cantitate de apa mai mare de 50% vor trebui supuse uscarii inainte de conversie in energie, sau la ardere se va adauga combustibil cu o putere calorica mai mare. Materialele cu o cantitate de apa mai mica de 50% pot fi folosite direct la producerea gazului de sinteza.

In functie de necesitati, produsele agricole pot fi cultivate in special pentru conversia lor in biocombustibili. Din aceasta categorie fac parte:

culturile cu continut ridicat de carbohidrati: sfecla de zahar, porumb, cartofi;

ierbacee, ce pot servii ca surse pentru ardere sau producerea gazului de sinteza;

culturi care pot fi folosite la producere uleiurilor,cauciucului si altor substante speciale.

Pentru a calcula aproximativ cantitatea de reziduuri produse in urma recoltei unui anumit produs agricol, se inmulteste masa produsului agricol cu coeficientul de reziduuri ale aceluiasi produs. Coeficientul de reziduuri se exprima prin raportul dintre masa uscata a reziduurilor si produsul recoltat la umiditatea de recoltare.

De obicei, reziduurile agricole sunt caracterizate printr-o compozitie omogena. Printre cele mai importante caracteristici se numara dimensiunea particulelor, umiditatea, cantitatea de cenusa rezultata in urma arderii si densitatea bruta.

Utilizarea reziduurilor agricole ca sursa de energie este strans legata de plasament din doua motive:

utilizarea este limitata la suprafetele agricole cele rezonabil de apropiate;

consumul trebuie sa aiba loc in apropierea locurilor de producere a reziduurilor.

Utilizare reziduurilor agricole ca ingrasamant de sol poate fi mai eficienta decat producerea energiei.

Deseuri animaliere

In comparatie cu reziduurile agricole, dejectiile animaliere sunt mult mai daunatoare din punct de vedere al mediului ambiant. O mare parte din balegar este considerata ca deseu din cauza nerentabilitatii transportarii sale ca ingrasamant de sol.

Din aceste doua cauze: poluarea mediului si nerentabilitatea, deseurile animaliere sunt considerate ca materie prima peentru recuperarea energetica.

Inacest context fermentarea anaeroba este cea mai promitatoare tehnologie de conversie din punct de vedere economic si agricol.

Fermentarea anaeroba poate fi aplicata de o companie crescatoare de animale pentru satisfacerea nevoilor energetice proprii si, la nivel comercial, ca centrala ce utilizeaza ca materie prima deseurile de la cateva companii crescatoare de animale pentru producerea biogazului de calitate inalta.

In general, cresterea animalelor are loc in conditii de ingradire si neingradire.

Deseurile de la animalele neingradite nu constituie o problema a mediului si nici ca sursa practica a materiei organice pentru producerea energiei. Numarul animalelor pe unitatea de suprafata este atat de ,ic incat raspandirea deseurilor este foarte mare, colectarea si transportul fiind nerentabile economic.

In cazul animalelor ingradite, cantitatea de deseuri pe unitatea de suprafata este suficient de mare pentru a micsora costurile de colectare si transport la nivelul la care conversia deseurilor in sursa energetica devine fezabila.

Deseuri industriale organice

Majoritatea deseurilor industriale organice ce prezinta interes pentru conversia in energie vin din industria alimentara si industria de prelucrare a lemnului. Deseurile de la industria prelucratoare de fructe contin concentratii insemnate de zaharide si pectine, pe cand in deseurile de la prelucrarea granelor principalii constituienti sunt amidonul si celuloza.

O alta diferenta importanta este continutul de fibre, reziduurile din prelucrarea fructelor contin mult mai putine fibre decat cele din prelucrarea cerealelor. Deseurile din prelucrarea carnii au continut de proteine si grasimi ce depasesc cu mult alte deseuri industriale.

Deseurile organice ale industriei alimentare, in majoritatea cazurilor, sunt in forma de suspensie sau sunt dizolvate. La prelucrarea legumelor, reziduurile solide variaza intre 100 kg/tona la prelucrarea rosiilor pana la 670 kg/tona la prelucrarea pepenilor verzi si a devlecilor.

Continutul ridicat de apa a reziduurilor de la prelucrarea alimentara limiteaza aplicarea tehnologiilor de conversie in energie, reiesind ca producerea metanului prin fermentarea anaeroba este tehnologia optima.

Deseuri solide menajere

Deseurile urbane se definesc ca totalitatea deseurilor rezultate din activitatea umana excluzand deseurile industriale, agricole, forestiere si deseurile rezultate din epurarea apelor.

Acestea se impart in trei catgorii mari:

Materia organica putrezibila

Materia organica neputrezibila, sau care se descompune greu, insa care poate fi incinerata

Materia inerta: cenusa, sticla, obiecte metalice.

Din aceste trei grupuri fac parte resturi de hartie, carton, textile, lemn, cauciuc, oase, sticla, materiale plastice, materiale ceramice, resturi alimentare, metale.

Deseurile solide menajere sunt considerate ca sursa de energie , nu din cauza atractivitatii din punct de vedere economic, ci mai mult din necesitatea de a utiliza deseurile in diferite scheme economice cu impact minim asupra mediului. Schemele economice pe larg folosite in prezent sunt:

Reducerea fluxukui de deseuri la sursa

[NUME_REDACTAT] controlata si necontrolata

[NUME_REDACTAT].

Deseurile solide municipale rezulta in principal din activitatea domestica din gospodarii. Fiecare cetatean al UE produce in medie mai mult de 500 kg deseuri pe an. Cantitatea totala produsa in UE este de 225 milioane tone pe an. Puterea calorica a fractiei organice din deseurile solide municipale se gaseste in intervalul (8000-12000) kJ/kg, ceea ce inseamna circa o treime din puterea calorica a carbunelui. Decizia asupra utilizarii acestora ca sursa de energie este legata de politica de gestiune locala si nationala a deseurilor si de dispozitia populatiei spre reciclare si incinerare. Alegerea filierei de tratare a deseurilor intr-o localitate se face tinand cont printre altele de compozitia si proprietatile acestora, de tehnologiile disponibile si de piata diferitelor materiale reciclabile. Intregul proces de gestiune trebuie sa fie integrat pentru a se evita conflictele intre diferitele filiere de tratare. In general, deseurile cu putere calorica mare sunt folosite pentru producerea de caldura si electricitate. Pentru asta, deseurile sunt fie incinerate, fie transformate in combustibili solizi, lichizi sau gazosi ce pot fi mai usor de transportat si folositi pentru producerea de caldura si electricitate sau pentru alimentarea autovehiculelor (fig. 3).

De pus figura 3 (Biomasa-material.pdf)

Fractia biodegradabila poate fi folosita impreuna cu alte deseuri pentru producerea de biogaz prin compostare sau digestie anaeroba. Biogazul poate fi recuperat de la haldele de deseuri sau produs prin fermentatia atat a deseurilor solide municipale dar si a namolului de la statiile de tratare a apelor uzate, a balegarului si a efluentilor din agricultura si industria alimentara. Prin producerea si recuperarea biogazului, care contine in cea mai mare parte metan se realizeaza si reducerea emisiei unuia dintre gazele cu puternic efect de sera.