Biomasa

Biomasa oznacza ulegającą biodegradacji grupę produktów, odpadów lub pozostałości pochodzenia biologicznego z rolnictwa, łącznie z substancjami roślinnymi i zwierzęcymi, z leśnictwa i powiązanych działów przemysłu, w tym rybołówstwa i akwakultury, a także ulegającą biodegradacji frakcję odpadów, w tym odpadów przemysłowych i miejskich pochodzenia biologicznego

Znaczenie biomasy w gospodarce

Biomasa jest organicznym materiałem pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, który może być wykorzystywany do produkcji energii. W kontekście energetyki biomasa jest jednym z najważniejszych odnawialnych źródeł energii, które może być wykorzystane do wytwarzania elektryczności, ciepła i biopaliw.

Biomasa składa się z różnych materiałów organicznych, takich jak drewno, słoma, resztki roślinne, odpady spożywcze, obornik czy też glony. To bogactwo różnorodnych surowców sprawia, że biomasa jest dostępna w dużej ilości i różnorodności, co przekłada się na jej znaczenie w kontekście energetyki.

Wykorzystanie biomasy w energetyce ma wiele korzyści. Po pierwsze, jest to odnawialne źródło energii, które może być ciągle odnawiane poprzez rozwój roślin i zwierząt. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, które są ograniczone i wyczerpywalne, biomasa może być wykorzystywana w sposób zrównoważony i nie powoduje wyczerpywania się zasobów naturalnych. Kolejną zaletą biomasy jest jej niska emisja dwutlenku węgla. Podczas spalania biomasy uwalniany jest dwutlenek węgla, jednak ilość emitowana jest równoważna tej, którą rośliny wchłaniały podczas swojego wzrostu. Dlatego korzystanie z biomasy jako źródła energii przyczynia się do utrzymania równowagi w cyklu węglowym i ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.

Kolejnym ważnym aspektem biomasy jest jej powszechność i dostępność. Biomasa występuje na całym świecie i jest dostępna w różnych formach. Drewno, na przykład, jest szeroko dostępne w lasach, a odpady rolnicze są produktem ubocznym produkcji żywności. To oznacza, że biomasa może być wykorzystywana lokalnie, co z kolei przyczynia się do bezpieczeństwa energetycznego i niezależności państw.

Należy również podkreślić, że wykorzystanie biomasy w energetyce ma dodatkowe korzyści dla gospodarki. Produkcja i przetwarzanie biomasy generuje miejsca pracy, a lokalna produkcja energii z biomasy może przyczynić się do rozwoju obszarów wiejskich i zrównoważonego rozwoju lokalnych społeczności.

W związku z tym, biomasa odgrywa kluczową rolę w kontekście energetyki. Jej wykorzystanie przyczynia się do zrównoważonego rozwoju, redukcji emisji gazów cieplarnianych, bezpieczeństwa energetycznego i tworzenia miejsc pracy.

Proces produkcji

W przyrodzie czynność wytwarzania biomasy dokonywana jest w sposób niemalże samorzutny. Jednakże w tym procesie istotny jest również aktywny współudział energii słonecznej, wilgoci i co najważniejsze dwutlenku węgla, który zawarty jest w atmosferze kuli ziemskiej.

Rodzaje biomasy

Można wyróżnić następujące rodzaje biomasy przedstawione w tabeli poniżej.

Biomasa zielna i rolna	Biomasa drzewna i pochodzenia leśnego	Odpady zwierzęce	Biomasa pochodząca z przemysłu i gospodarki komunalnej
trawy i kwiaty (tymotka, miskantus, lucerna, bambus)	roślinny okrytozalążkowe i nagonasienne	kości	stałe odpady komunalne
słoma (jęczmień, fasola, len, kukurydza, mięta, owies, rzepak, ryż, żyto, sezam, słonecznik, pszenica)	drewno pochodzenia liściastego i iglastego	mączka kostna	ścieki
pozostałe (owoce, łupiny, pestki, ziarna, nasiona, łodygi, kolby, wytłoki, żywność, pasze, pulpy)	brykiety/pellety	obornik	odpady szpitalne
	odpady przemysłu drzewnego, takie jak łodygi, kora, gałęzie, liście, wióry, trociny	odpady poubojowe	makulatura
			palety drewniane i skrzynki

Metody wykorzystania biomasy w energetyce

Bezpośrednie spalanie

Bezpośrednie spalanie biomasy jest jedną z najstarszych i najprostszych metod wykorzystania biomasy w energetyce. Proces ten polega na spalaniu materiałów organicznych, takich jak drewno, słoma, resztki roślinne czy odpady rolnicze, w celu wytworzenia energii.

Podczas spalania biomasy dochodzi do uwalniania energii w postaci ciepła, które następnie można przekształcić w energię elektryczną lub cieplną. Proces spalania biomasy odbywa się w specjalnych kotłach, w których biomasa jest poddawana działaniu wysokiej temperatury i tlenu.

Bezpośrednie spalanie biomasy posiada zarówno swoje zalety, jak i wady. Do głównych zalet tej metody można zaliczyć:

• Odnawialność: Biomasa jest odnawialnym źródłem energii, co oznacza, że jej wykorzystanie nie prowadzi do wyczerpywania się zasobów naturalnych.
• Redukcja emisji: Spalanie biomasy w kontrolowanych warunkach może prowadzić do redukcji emisji szkodliwych substancji, takich jak dwutlenek węgla czy siarki, w porównaniu do tradycyjnych źródeł energii.
• Odpady rolnicze: Wykorzystanie biomasy może pomóc w zagospodarowaniu odpadów rolniczych, które w przeciwnym razie mogłyby stanowić problem środowiskowy.

Jednakże, bezpośrednie spalanie biomasy ma także swoje wady, takie jak:

• Emisja zanieczyszczeń: W przypadku niewłaściwego spalania biomasy może dojść do emisji szkodliwych substancji, takich jak pyły czy tlenki azotu.
• Efektywność energetyczna: Proces spalania biomasy może być mniej efektywny energetycznie w porównaniu do innych źródeł energii, takich jak gaz czy węgiel.

Przetwarzanie na paliwa ciekłe

Przetwarzanie biomasy na paliwa ciekłe jest inną metodą wykorzystania biomasy w energetyce. Proces ten polega na przekształcaniu biomasy, takiej jak rośliny energetyczne czy odpady organiczne, w paliwa ciekłe, takie jak bioetanol czy biodiesel.

Proces przetwarzania biomasy na paliwa ciekłe może obejmować różne etapy, takie jak fermentacja, destylacja czy hydroliza. Każdy z tych etapów ma na celu przekształcenie biomasy w odpowiednie paliwo ciekłe, które może być następnie wykorzystane w silnikach spalinowych.

Przetwarzanie biomasy na paliwa ciekłe ma wiele zalet, takich jak:

• Wysoka gęstość energetyczna: Paliwa ciekłe otrzymane z biomasy mają zazwyczaj wysoką gęstość energetyczną, co oznacza, że mogą dostarczać dużo energii na jednostkę objętości.
• Redukcja emisji: Paliwa ciekłe z biomasy często mają niższą emisję szkodliwych substancji w porównaniu do tradycyjnych paliw, co przyczynia się do redukcji zanieczyszczenia powietrza.
• Dywersyfikacja źródeł energii: Przetwarzanie biomasy na paliwa ciekłe może pomóc w dywersyfikacji źródeł energii, zmniejszając zależność od konwencjonalnych paliw kopalnych.

Jednakże, przetwarzanie biomasy na paliwa ciekłe ma także pewne wady, takie jak:

• Konkurencja z produkcją żywności: Produkcja paliw ciekłych z biomasy może prowadzić do konkurencji z produkcją żywności, ponieważ biomasa używana do produkcji paliw może być również stosowana jako surowiec w przemyśle spożywczym.
• Wymagane zasoby wody: Proces przetwarzania biomasy na paliwa ciekłe może wymagać znacznych ilości wody, co może stanowić problem w obszarach charakteryzujących się niedoborem wody.

Przetwarzanie na paliwa gazowe

Przetwarzanie biomasy na paliwa gazowe jest kolejną metodą wykorzystania biomasy w energetyce. Proces ten polega na przekształcaniu biomasy w gaz, który może być następnie wykorzystywany jako paliwo w generatorach ciepła lub silnikach gazowych.

Proces przetwarzania biomasy na paliwa gazowe może obejmować różne etapy, takie jak gazowanie, piroliza czy fermentacja metanowa. Każdy z tych etapów ma na celu przekształcenie biomasy w odpowiedni gaz, który może być wykorzystany do produkcji energii.

Przetwarzanie biomasy na paliwa gazowe ma wiele zalet, takich jak:

• Wysoka efektywność energetyczna: Proces przetwarzania biomasy na paliwa gazowe może być bardziej efektywny energetycznie w porównaniu do bezpośredniego spalania biomasy.
• Możliwość wykorzystania różnych gatunków biomasy: Przetwarzanie biomasy na paliwa gazowe pozwala na wykorzystanie różnych gatunków biomasy, co zwiększa elastyczność procesu.
• Redukcja emisji: Paliwa gazowe z biomasy często mają niższą emisję szkodliwych substancji w porównaniu do tradycyjnych źródeł energii.

Jednakże, przetwarzanie biomasy na paliwa gazowe ma także pewne wady, takie jak:

• Wysokie koszty inwestycyjne: Budowa instalacji do przetwarzania biomasy na paliwa gazowe może wiązać się z wysokimi kosztami inwestycyjnymi.
• Konieczność odpowiedniego składowania biomasy: Przetwarzanie biomasy na paliwa gazowe wymaga odpowiedniego składowania biomasy, co może być problematyczne w przypadku dużych ilości surowca.

Podsumowując, biomasa może być wykorzystywana w energetyce poprzez bezpośrednie spalanie, przetwarzanie na paliwa ciekłe oraz przetwarzanie na paliwa gazowe. Każda z tych metod ma swoje zalety i wady, które należy wziąć pod uwagę przy planowaniu wykorzystania biomasy jako źródła energii.

Wpływ energetyki biomasy na środowisko i gospodarkę

• Redukcja emisji gazów cieplarnianych . Energetyka biomasy odgrywa istotną rolę w redukcji emisji gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla (CO2) i metan (CH4). Biomasa, jako odnawialne źródło energii, jest alternatywą dla paliw kopalnych, które są głównym źródłem tych szkodliwych gazów. W procesie spalania biomasy emituje się mniej CO2 niż w przypadku paliw kopalnych. Ponadto, gospodarowanie odpadami organicznymi poprzez przekształcenie ich w energię jest bardziej ekologiczne niż składowanie tych odpadów na wysypiskach, gdzie mogą one emitować metan, który jest silnym gazem cieplarnianym.
• Ochrona zasobów naturalnych . Wykorzystywanie biomasy jako źródła energii przyczynia się do ochrony zasobów naturalnych. Energia pochodząca z biomasy może być produkowana z różnych materiałów organicznych, takich jak drewno, resztki roślinne czy skrobia. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, które są ograniczone i niewielu zasobów, biomasa jest odnawialna i dostępna w różnych formach. Dzięki temu, wykorzystując energię biomasy, można zmniejszyć presję na wydobycie i zużycie paliw kopalnych, co przekłada się na długoterminową ochronę i zrównoważone korzystanie z zasobów naturalnych.
• Odnawialne źródło energii . Energetyka biomasy jest kluczowym elementem w procesie zmniejszania zależności od paliw kopalnych. Biomasa stanowi odnawialne źródło energii, ponieważ jej materiały są ciągle produkowane przez procesy biologiczne, takie jak fotosynteza. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, które są ograniczone i wymagają długiego procesu formowania się, biomasa jest dostępna w cyklu krótszym czasie. Wykorzystanie biomasy jako głównego źródła energii przyczynia się do zrównoważonego rozwoju i minimalizuje negatywne skutki eksploatacji paliw kopalnych.
• Uniezależnienie energetyczne kraju . Inwestowanie w energetykę biomasy przyczynia się do uniezależnienia kraju od importu paliw kopalnych. Większość krajów jest uzależniona od importu ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla, co niesie za sobą ryzyko polityczne, ekonomiczne i środowiskowe. Wykorzystanie biomasy jako lokalnego źródła energii pozwala na zmniejszenie zależności od tych importowanych surowców, co przekłada się na większą stabilność energetyczną i bezpieczeństwo kraju.
• Korzyści społeczno-ekonomiczne . Energetyka biomasy przyczynia się do rozwoju lokalnych społeczności poprzez tworzenie miejsc pracy i generowanie korzyści społeczno-ekonomicznych. Procesy związane z produkcją, zbieraniem i przetwarzaniem biomasy wymagają zaangażowania lokalnych mieszkańców i przedsiębiorstw. Tworzenie nowych miejsc pracy w sektorze energetyki biomasy przyczynia się do wzrostu zatrudnienia i poprawy warunków życia w lokalnych społecznościach.
• Wzrost gospodarczy i zatrudnienie . Energetyka biomasy ma duży potencjał do wzrostu gospodarczego. Inwestycje w infrastrukturę energetyczną związane z produkcją energii z biomasy przyczyniają się do rozwoju sektora energetycznego, co wiąże się z inwestycjami w zakłady produkcyjne, sieci przesyłowe i technologie związane z przetwarzaniem biomasy. Wzrost sektora energetyki biomasy przekłada się na zwiększenie zatrudnienia i generowanie dochodów dla różnych branż, co przyczynia się do ogólnego wzrostu gospodarczego kraju.

Wyzwania i perspektywy rozwoju sektora biomasy

• Ochrona lasów i ekosystemów. Wzrost produkcji biomasy wiąże się z koniecznością odpowiedzialnego zarządzania zasobami naturalnymi, zwłaszcza lasami. Ochrona lasów jest kluczowa dla zachowania różnorodności biologicznej oraz utrzymania stabilności ekosystemów. W tym kontekście, istotne jest zapewnienie zrównoważonego pozyskiwania biomasy z lasów, tak aby minimalizować negatywny wpływ na ich strukturę i funkcje. Konieczne jest również monitorowanie i kontrola działań związanych z wycinką, aby zapobiegać nadmiernej degradacji środowiska.
• Minimalizacja wycinki i degradacji środowiska. Wzrost produkcji biomasy nie może prowadzić do nadmiernego wycinania lasów lub degradacji innych ekosystemów. Dlatego istotne jest opracowanie strategii minimalizujących wycinkę drzew oraz szkodliwe skutki dla środowiska. Można to osiągnąć poprzez promowanie efektywnego wykorzystania biomasy i rozwój alternatywnych źródeł energii, które nie wymagają wycinania drzew.
• Zrównoważona produkcja biomasy a produkcja żywności. Wzrost produkcji biomasy może prowadzić do konfliktów z produkcją żywności, zwłaszcza jeśli biomasa jest pozyskiwana z gruntów rolnych. Konieczne jest znalezienie równowagi pomiędzy produkcją biomasy a produkcją żywności, aby zapewnić bezpieczeństwo żywnościowe dla społeczeństwa. W tym celu należy opracować strategie zrównoważonej produkcji biomasy, które nie będą konkurować z produkcją żywności.
• Wpływ na ceny żywności i wykorzystanie gruntów. Zwiększenie produkcji biomasy może mieć wpływ na ceny żywności, zwłaszcza jeśli biomasa jest pozyskiwana z gruntów rolnych. Konkurencja o te zasoby może prowadzić do wzrostu cen żywności i ograniczenia dostępności gruntów dla produkcji żywności. Dlatego konieczne jest monitorowanie i kontrola wykorzystania gruntów rolnych do produkcji biomasy, aby minimalizować negatywne skutki dla sektora rolnego.
• Skutki dla jakości powietrza. Wzrost produkcji biomasy może prowadzić do emisji substancji szkodliwych, takich jak dwutlenek węgla, tlenki azotu i pyły. Te substancje mają negatywny wpływ na jakość powietrza i mogą prowadzić do zagrożeń dla zdrowia ludzi i ekosystemów. Dlatego istotne jest stosowanie odpowiednich technologii oczyszczania spalin w procesach wykorzystujących biomasy, aby minimalizować emisje szkodliwych substancji.
• Wymóg stosowania odpowiednich technologii oczyszczania. Aby zmniejszyć negatywne skutki dla jakości powietrza, konieczne jest wprowadzenie wymogu stosowania odpowiednich technologii oczyszczania spalin w sektorze biomasy. Inwestycje w rozwój i wdrażanie innowacyjnych rozwiązań technologicznych są kluczowe dla minimalizacji emisji substancji szkodliwych i poprawy jakości powietrza.
• Gazyfikacja i inne innowacyjne rozwiązania. Badania nad nowymi technologiami, takimi jak gazyfikacja, pozwalają na bardziej efektywne wykorzystanie biomasy jako źródła energii. Gazyfikacja umożliwia przekształcenie biomasy w gaz syntezowy, który można wykorzystać do produkcji energii elektrycznej lub ciepła. Inne innowacyjne rozwiązania, takie jak biogaz czy biopaliwa drugiej generacji, również mają potencjał do rozwinięcia się w sektorze biomasy.
• Poszukiwanie alternatywnych źródeł energii. Wzrost produkcji biomasy powinien być uzupełniony poszukiwaniem alternatywnych źródeł energii. Konieczne jest inwestowanie w badania nad energią słoneczną, wiatrową, geotermalną i innych odnawialnych źródeł energii. Dywersyfikacja źródeł energii pozwoli zmniejszyć zależność od biomasy i zwiększyć zrównoważoność sektora energetycznego.
• Promowanie świadomego korzystania z biomasy. Edukacja społeczeństwa jest kluczowa dla promowania świadomego korzystania z biomasy. Społeczeństwo powinno być informowane o korzyściach, ale także o potencjalnych zagrożeniach związanych z produkcją i wykorzystaniem biomasy. Kampanie edukacyjne, seminaria i szkolenia mogą przyczynić się do zwiększenia świadomości i zachęcania do odpowiedzialnego korzystania z tego surowca.
• Wspieranie inwestycji w rozwój energetyki biomasy. Aby rozwijać sektor biomasy, konieczne są inwestycje w nowe instalacje i rozwój technologii. Rządy i instytucje powinny wspierać inwestycje w projekty związane z produkcją i wykorzystaniem biomasy. Ważne jest również tworzenie odpowiednich ram prawnych i regulacyjnych, które umożliwią rozwój sektora biomasy i zapewnią stabilność inwestycji.

Zalety biomasy

• Odnawialne źródło energii. Jedną z największych zalet energii z biomasy jest to, że może ona wytwarzać energię przy użyciu zasobów odnawialnych. Cała biomasa pierwotnie czerpie energię ze słońca - dzięki fotosyntezie zasoby biomasy odrastają w stosunkowo krótkim czasie (w niektórych przypadkach odnowienie źródła biomasy można wykonać w ciągu zaledwie kilku miesięcy) w porównaniu do zasobów paliw kopalnych.
• Redukcja odpadów. Wytwarzanie energii z materiałów biomasy może znacznie pomóc w gospodarowaniu odpadami, co stało się poważnym problemem w wielu krajach.

Zrzucanie odpadów na wysypiska śmieci można ograniczyć poprzez zwiększenie liczby elektrowni wykorzystujących biomasę. Pomagając w redukcji odpadów, energia biomasy może również mieć pozytywny wpływ na środowisko.

• Duża dostępność źródeł biomasy. Szacuje się, że energia biomasy ma ogromny potencjał ze względu na dużą powszechność jej źródeł. Energię biomasy można znaleźć w dowolnym miejscu na świecie. Dostępność odpadów zwierzęcych i roślinnych rośnie, ponieważ poziomy produkcji i konsumpcji stale rosną.

Wady

• Kosztowność. Koszty budowy i eksploatacji elektrowni na biomasę mogą być wyższe w porównaniu z tradycyjnymi formami wytwarzania energii. Ponadto wydobycie energii z biomasy może być kosztownym zadaniem ze względu na dużą zmienność źródeł.
• Wymagania dotyczące miejsca. Energia z biomasy powinna być wykorzystywana blisko miejsc, w których jest wytwarzana ponieważ dopiero wtedy można osiągnąć największe korzyści ekologiczne oraz ekonomiczne.

W przypadku biomasy roślinnej dodatkowym ograniczeniem jest potrzeba dużych obszarów na uprawę.

• Niewydajność. Etanol jest jednym z produktów biomasy i jest uważany za nieefektywny w porównaniu z benzyną.

Biomasa — artykuły polecane

Odnawialne źródła energii — Zasoby nieodnawialne — Zasoby naturalne — Rośliny przemysłowe — Energia odnawialna — Biopaliwo — Utylizacja — Alternatywne źródła energii — Paliwa kopalne

Bibliografia

• Bałtycka Agencja Poszanowania Energii (2011), Energia z zasobów odnawialnych. Materiał edukacyjny dla szkół ponadgimnazjalnych, Gdańsk
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001 z dnia 11 grudnia 2018 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych (przekształcenie) (Tekst mający znaczenie dla EOG.) Document 32018L2001
• Postrzednik S. (2010), Biomasa - jej znaczenie oraz aspekty wykorzystania, Politechnika Śląska, Gliwice
• Szubska-Włodarczyk N. (2018), Rynek biomasy rolnej jako surowca energetycznego. Ujęcie modelowe i praktyczne, Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź

Autor: Banka Bojarska, Marcelina Drobot, Oliwia Skowron