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.
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.
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.
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 |