Jeszcze pod koniec XVIII wieku większość energii produkowana przez ludzkość pochodziła z tzw. biomasy ? zarówno urządzenia hutnicze jak i paleniska domowe opalano drewnem lub słomą. Dopiero XIX wieczna rewolucja przemysłowa z jej ogromnym zapotrzebowaniem na energię sprawiła, że rolę paliw wiodących zaczęły pełnić źródła nieodnawialne ? węgiel, ropa. Dzisiaj, kiedy świat poważnie zastanawia się nad wyczerpywaniem się źródeł paliw kopalnych, ceny surowców rosną, a producenci ropy zrzeszają się w coraz silniejsze kartele, następuje renesans wykorzystania energetycznego surowców roślinnych i zwierzęcych.Do produkcji energii używa się biomasy w stanie gazowym (biogaz) , ciekłym (biopaliwa) i stałym.
Biogaz
Z oczyszczania ścieków, fermentacji roślin lub odpadów można uzyskać biogaz, zwany też gazem błotnym. Nieoczyszczony biogaz składa się w ponad połwie z metanu i w 35% z dwutlenku węgla oraz domieszki innych gazów. Jego wartość opałowa waha się w granicach 17-27 MJ/m3 i zależy głównie od ilości zawartego w nim metanu.
Biogaz wykorzystywać można na wiele sposobów. Gaz produkowany na wysypiskach odpadów można dostarczać do sieci gazowej. Można go spalać w kotłach do ogrzewania domów i budynków gospodarczych zastępując gaz ziemny uzyskane ciepło przekazując do instalacji CO. Energia elektryczna z napędzanych biogazem turbin może być sprzedawana do sieci energetycznych lub wykorzystana na użytek własny (ze 100m? biogazu można wyprodukować około 540-600 kWh energii elektrycznej). W końcu biogaz można wykorzystywać w układach skojarzonych do produkcji jednocześnie prądu i ciepła. Nowością jest wykorzystanie biogazu jako paliwa do silników w tzw. instalacjach CNG. Liderem w wykorzystaniu biogazu są Indie, Chiny, Niemcy, Francja i USA.
Biopaliwa ciekłe
Biomasę można wykorzystać do produkcji biopaliw płynnych, służących jako alternatywa dla benzyny i oleju napędowego uzyskiwanych z nieodnawialnych zasobów ropy naftowej. Podstawowym źródłem surowca do produkcji biopaliw ciekłych są oleje roślinne, np. rzepakowy. Niestety, oleje roślinne nie mogą być stosowane jako biopaliwo bez wcześniejszego przygotowania. Mają nieodpowiednią lotność, lepkość i temperaturę zapłonu. Wyjątkiem są specjalne silniki na olej rzepakowy, które jednak mają zbyt wysokie koszty produkcji. Można natomiast surowe oleje odpowiednio przerobić w celu nadania im użytecznych funkcji. Wykonuje się to na dwa sposoby. Albo oleje poddaje się pirolizie tzn. bardzo szybkiemu podgrzanie do wysokiej temperatury otrzymując bioolej albo poddaje estryfikacji otrzymując biodiesel.
W tym miejscu należy też wspomnieć o energetycznym wykorzystaniu alkoholi tzn etanolu i metanolu. Wykorzystywane są przede wszystkim jako paliwo napędowe do silników.
Biopaliwa stałe
Biopaliwa z substancji stałych służą przede wszystkim do produkcji ciepła i energii elektrycznej. Wykorzystuje się tu rośliny energetyczne, zboża, drewno i odpady z drewna. O ile drewno stosowna jest jako opał już od dnia wynalezienia ognia, o tyle palenie w elektrowniach zbożem jest zjawiskiem nowym i ciągle budzącym kontrowersje.
Rośliny energetyczne
Rośliny energetyczne to te, posiadają wysoką wartość opałową, duży przyrost roczny, odporność na choroby i szkodniki a także ?przystosowane są? do mechanizacji prac przy zakładaniu plantacji i zbiorach. W Polsce jako rośliny energetyczne uprawia się wierzbę, ,malwę pensylwańską, słonecznik bulwiasty, rdest i trawy wieloletnie np. miskant czy palczatkę.
Najczęściej stosowaną na plantacjach energetycznych rośliną jest wierzba wiciowa, a zwłaszcza c jej szybkorosnące odmiany. Sadzonki mają długości 25 cm i średnicę powyżej 7 mm. Plantację prowadzi się w cyklu jedno, dwu lub trzyletnim. Zbioru następuje od listopada do marca. Wierzba nie jest szczególnie wymagająca co do rodzajów gleby, potrzebuje jednak dobrego nawodnienia.
Ziarna zbóż, przede wszystkim owsa, do opału wykorzystywane są w Polsce od niedawna. Tymczasem w Szwecji opalanie owsem jest już mocno rozpowszechnione, tak samo jak w Kanadzie. Istnieją wyniki badań wskazujące na znacznie wyższą wydajność opalania ziarnem od tradycyjnego oleju opałowego. Owies można spalać w dużej ilości typów piecy po zainstalowaniu specjalnej przystawki do spalania ziarna. Owsem można ogrzewać pomieszczenia produkcyjne i obiekty publiczne, ale najczęściej ogrzewa się nim gospodarstwa rolne. Do ogrzania gospodarstwa wystarczą zbiory z pow. 2 ha (6-7 ton owsa na sezon grzewczy)co jest odpowiednikiem 2 m3 oleju opałowego. Cena specjalnego palnik do palenia ziarnem wynosi ok. 10 000 zł.
Brykiety drzewne i pelety drzewne
Obok tradycyjnego drewna do kominka, do produkcji energii elektrycznej i cieplnej z surowców z przetwarzania drewna stosuje się brykiety i pelety drzewne.
Brykiety produkowane są z trocin, wiórów i zrębków pod wysokim ciśnieniem bez substancji klejących, ale można produkować je również z innych substancji roślinnych. Ponieważ zawierają mało wilgoci ich wartość opałowa jest wyższa niż zwykłego drzewa, a odpowiednie zagęszczenie pozwala na spokojne i stopniowe spalanie.
Brykiety mogą być spalane w kotłach małej mocy z zasypem ręcznym oraz w kotłach mocy średniej z podajnikiem automatycznym. Można również mieszać je z węglem i spalać wspólnie. Trzeba jednak stosować się do poleceń producenta pieca w kwestii paliw wymiennych. Najlepsze efekty osiąga się spalając brykiety w kotłach specjalnej produkcji zaprojektowanych do odpadów drzewnych.
Pelety (granulat) to wysoko wydajne, odnawialne paliwo, produkowane z biomasy.
W krajach Unii Europejskiej produkcja i zastosowanie energetyczne granulatu z odpadów drzewnych wzrosły kilkukrotnie w ostatnich latach. Również w Kanadzie i Stanach Zjednoczonych rynek produkcji pelet rozwija się bardzo dynamicznie. Pelety są używane do ogrzewania budynków użytkowych i gospodarstw domowych od kilkunastu lat. Również w Polsce pelety zdobywają coraz większą rzeszę zwolenników.
Surowcem do produkcji granulatu są odpady drzewne z tartaków, zakładów przeróbki drewna i leśne odpady drzewne. Najpopularniejszymi odpadami do produkcji granulatu są trociny i wióry. Technicznie możliwe jest także produkowanie granulatu z kory, zrębków, upraw energetycznych i słomy.
Proces produkcji
Produkcja peletu polega na poddaniu biomasy trzem kolejnym procesom: suszenia, mielenia i prasowania. Pelety wytłacza się z rozdrobnionej suchej biomasy pod dużym ciśnieniem w prasie rotacyjnej, bez substancji klejącej. Produktem końcowym są małe granulki o kształcie cylindrycznym o średnicy 6-25mm i długości do kilku centymetrów. Bardzo duże siły działające podczas wyciskania powodują, że w małej objętości zostaje zmieszczona duża ilość produktu.
Paliwo to charakteryzuje się niską zawartością wilgoci (8-12%), popiołów (0,5%) i substancji szkodliwych dla środowiska oraz wysoką wartością energetyczną. Cechy te powodują, że jest to paliwo przyjazne środowisku naturalnemu, a jednocześnie łatwe w transporcie, magazynowaniu i dystrybucji.
Granulat z odpadów drzewnych jest konkurencyjny dla oleju i węgla pod względami ekonomicznymi i ze względu na mniejsze emisje gazów i pyłów. Wykorzystanie granulatu do ogrzewania budynków użyteczności publicznej i w budownictwie jednorodzinnym jest korzystne tam gdzie obecnie stosuje się olej opałowy.
Ważną zaletą pelet jest to, że mogą być produkowane z lokalnie dostępnych surowców. Daje to możliwość stworzenia nowych miejsc pracy. Granulat produkowany jest z odpadów drzewnych, zatem jego produkcja przyczynia się do zmniejszania problemu zagospodarowania odpadów i zużycia paliw kopalnych. Spalanie drewna nie powoduje emisji CO2, ponieważ emisje równoważone są przez pochłanianie dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy.
Pelety spalane są w pełni automatycznych kotłach c.o. Na rynku polskim jest już wielu producentów i dystrybutorów kotłów, przystosowanych do spalania pelet. Istnieje również możliwość zastosowania przystawki do kotła starego typu. Do posiadanego kotła grzewczego możemy wmontować odpowiednio przystosowany palnik do spalania granulatu. Granulat jako paliwo nadaje się do wykorzystania zarówno w instalacjach indywidualnych, jak i systemach ciepłowniczych.
Zalety pelet
wysoka wartość opałowa (2,1 kg granulatu zastępuje 1l oleju opałowego/dobry granulat ma wartość kaloryczną przekraczającą 70% wartości kalorycznej najlepszych gatunków węgla)
zerowa emisja CO2 (emitowana jest tylko taka ilość CO2 jaka została uprzednio pochłonięta w procesie fotosyntezy) oraz niska emisja SO2
stanowią odnawialne źródło energii, najczęściej pozyskiwane lokalnie
nie zawierają żadnych dodatkowych, szkodliwych substancji chemicznych takich jak kleje czy lakiery
łatwe i dogodne w użytkowaniu
niskie koszty składowania i transportu
odporne na samozapłon
odporne na naturalne procesy gnilne, a gładka powierzchnia skutecznie chroni przed absorbowaniem wilgoci z otoczenia
spalanie odbywa się w automatycznych, bezobsługowych kotłach
w procesie spalania powstaje niewielka ilość popiołu, który stanowi nawóz ogrodniczy.