BIOMASA - Energia II

BIOMASA
Je zakonzervovaná slnečná energia, ktorú využíva ľudstvo už od čias objavenia ohňa. Kolektormi sú v tomto prípade listy rastlín a rastlina samotná je zásobárňou energie. V procese fotosyntézy dochádza k premene energie Slnka na organickú hmotu. Zásoby biomasy sú obrovské: celkové množstvo energie vytvorenej fotosyntézou každý rok je 10-krát väčšie ako celosvetová spotreba energie. Ako zdroje prichádzajú do úvahy nasledujúce biogénne suroviny:
drevo a drevný odpad
odpady z poľnohospodárskej produkcie (slama)
organické odpady z domácností a živočíšnej výroby
energetické kultúry (rastliny s vysokým energetickým obsahom, repka na výrobu oleja, rastliny s vysokým obsahom cukru na výrobu alkoholu a i.).
Obr.: Porovnanie energetickej
účinnosti pasívneho solárneho
kúrenia s elektrickým kúrením
s využitím elektriny z jadrovej
elektrárne.
-5-
Energetické využitie biomasy zahŕňa viacero technologických procesov:
spaľovanie (kuchynského odpadu, slamy, drevného odpadu a iných organických zvyškov) za účelom získania energie
pyrolýza - výroba metánu: získavanie metánu (technologickými úpravami biomasy), ktorý je vhodným palivom pri výrobe elektriny v plynových turbínach
anaerobné vyhnívanie - výroba bioplynu: bioplyn vzniká pri rozklade organických látok (hnoj, kal z čističiek, rastlinné zvyšky) v uzavretých nádobách bez prístupu kyslíka. Zvyšky po vyhnívaní sú vysokokvalitným hnojivom alebo kompostom
fermentácia - výroba kvapalných biopalív: kvasením roztokov cukrov je možné vyprodukovať etanol. Vhodnými vstupnými materiálmi je ovocie, cukrová repa, zelenina...
Destiláciou oddelený alkohol sa môže použiť ako kvapalné palivo v spaľovacích motoroch.
Biomasa je oveľa dostupnejšia ako fosílne palivá, je čistou formou energie (z hľadiska životného prostredia), získavanie energie z biomasy môže poskytnúť nové pracovné príležitosti, hlavne pre obyvateľstvo na vidieku a v rozvojových krajinách, ceny energie z biomasy sú konkurencie- schopné, jej využívaním nedochádza k nárastu množstva CO2 v atmosfére, pretože jej spaľovaním sa uvoľní len toľko, koľko ho rastlina počas svojho života prostredníctvom fotosyntézy z ovzdušia odčerpala. Biomasa má vyššiu mernú výhrevnosť ako hnedé uhlie a obsah popola zo spaľovania biomasy je oveľa nižší ako v prípade uhlia, pričom tento popol neobsahuje toxické látky. Navyše popol z biomasy má vysokú biologickú hodnotu a je vhodný ako hnojivo.
Využívanie biomasy na energetické účely je pomerne rozsiahle (v roku 1993 to bola 1/3 celosvetovej energetickej spotreby), v mnohých rozvojových krajinách dosahuje až 90% ich spotreby energie.
Významným zdrojom biomasy sú odpady z poľnohospodárskej produkcie. V mnohých vyspelých krajinách je napr. zakázané spaľovanie slamy na poliach, čo motivuje farmárov využívať tento hodnotný zdroj energie. Na Slovensku v mnohých prípadoch slamu - cenný zdroj energie - pálime alebo ju nechávame hniť.
Drevospracujúci priemysel produkuje značné množstvo drevného odpadu = biomasy, ktorá je napriek ekologickému aj ekonomickému prínosu vo väčšine prípadov nevyužitá.
Zaujímavým zdrojom energie je aj bioplyn. Vyvíja sa pôsobením mikroorganizmov všade tam, kde sa biologický materiál rozkladá za prítomnosti vzduchu. Kalorická hodnota bioplynu dosahuje 2/3 hodnoty zemného plynu. Jeho zachytávanie však poskytuje 2 až 4-krát menej energie na tonu odpadu ako je možné vyprodukovať jeho priamym spálením. Bioplyn je možné zachytávať na skládkach komunálneho odpadu (ten sa zo 45% skladá z organických zvyškov). Každá tona organického odpadu z domácností je schopná poskytnúť až 250 m3 bioplynu, ktorý v zariadení na kombinovanú výrobu elektriny a tepla poskytuje 390 kWh elektrickej a 700 kWh tepelnej energie. Veľkým potenciálnym zdrojom bioplynu je hnoj zo živočíšnej výroby.
Biopalivá vyrobené z biomasy sú ďalšou možnosťou ako efektívne využiť dary Zeme. Mimoriadne vhodnými rastlinami na ich výrobu sú kukurica, zemiaky, cukrová repa a iné. Zvyšky z výroby alkoholu ako biopaliva sa dajú využiť namiesto bielkovinových krmív v živočíšnej výrobe. Jedným z biopalív je aj bionafta z repky olejnej, ktorá sa mimochodom vyrába aj na Slovensku. Jej používanie si nevyžaduje žiadne úpravy dieselových motorov a je ekologicky nezávadné.
-6-
ENERGIA VETRA
Bývala v minulosti hojne využívaná (veterné mlyny, plachetnice, studne na čerpanie vody pomocou vetra) a v posledných desaťročiach sa k tejto tradícií opäť vraciame. V súčasnosti sú v mnohých štátoch (USA, Dánsko, Holandsko...) rozšírené veterné farmy, a to nielen na súši ale aj na otvorenom mori. Princíp využívania energie vetra je jednoduchý: vietor roztáča rotor a túto mechanickú energiu využíva turbína na generovanie elektrického prúdu. Moderné veterné elektrárne majú automatické nastavovanie listov rotora a sú vybavené brzdami pred príliš vysokou rýchlosťou vetra, ktorý by ho mohol odtrhnúť. Výhody veterných elektrární spočívajú v tom, že v porovnaní so slnečnými kolektormi produkujú energiu aj v noci. Na druhej strane je ťažšie predpovedateľná ako slnečná. Veterný potenciál je ovplyvňovaný terénom. Najlepšie veterné podmienky sú v zime, v prípade slnečnej energie je to presne naopak, a preto sa môžu vhodne dopĺňať. Množstvo zabratej pôdy je v prípade veterných fariem menšie ako je to pri jadrových alebo uhoľných elektrárňach. Podobne aj nadmerný hluk, ktorým argumentujú odporcovia veterných elektrární, sa dá odstrániť vhodnými úpravami.
Veľkou výhodou veterných elektrární je krátka doba ich výstavby (vet. farmy v Kalifornii len za 90 dní) a lacná prevádzka. Na rozdiel od jadrových a uhoľných elektrární nepotrebujú na svoju prevádzku vody, a preto nezaťažujú okolie. Nevýhodou je, že na získanie dostatočného množstva energie je potrebné inštalovať veľký počet turbín na veľkej ploche. Treba vyhľadať miesto s vhodnými poveter- nostnými podmienkami a tiež si uvedomiť, že vietor nefúka vždy konštantnou rýchlosťou. Aj napriek tomu, že sa naša krajina nenachádza na pobreží, aj u nás existuje dostatok vhodných miest na využitie veternej energie.
Obr.: Svetová výroba energie v rokoch 1981-1991.
VODNÁ ENERGIA
Jej využitie najmä na pohon vodných mlynov alebo zavlažujúcich systémov má tiež bohatú históriu (prvé zmienky pochádzajú z roku 600 pred naším letopočtom). V roku 1930 bolo na Slovensku dokonca až 3097 vodných diel (väčšinou slúžili na pohon mlynov, píl a strojov) s celkovým inštalovaným výkonom 37 540 kW. Vodná energia sa dnes na celosvetovej produkcii energie podieľa približne 20%.
Veľké vodné elektrárne: Aj keď sa hovorí, že vodné elektrárne sú neutrálne k životnému prostrediu, nie je to celkom tak. Neprodukujú síce odpad ani emisie, zato však predstavujú výrazný zásah do riečnych ekosystémov (regulácia vodnej hladiny, spevnenie brehov, spomalenie rýchlosti toku, zaplavenie rozsiahlych území). Z tohto pohľadu ich ťažko považovať za ekologické: výstavbou vodného diela Gabčíkovo sa zničilo 40 km2 poľnohospodárskej pôdy. Zlikvidovala sa jedna z najúrodnejších oblastí a pôdu, ktorá sa odviezla už nikto nevráti. Do krajiny bolo vstavaných vyše 1,5 milióna m3 betónu. Prognózy niektorých odborníkov rátali s tým, že po napustení Hrušovskej vodnej zdrže bude dochádzať k postupnému zanášaniu dna sedimentmi. Rozklad organických látok bude spotrebovať extrémne vysokú spotrebu kyslíka, a tým dôjde k jeho zníženiu vo vode až o 40 - 50%. Napriek zaneseniu dna časť toxických látok bude schopná infiltrovať do podzemných vôd, a tým dôjde k znehodnoteniu najväčších zásob podzemnej vody v Európe, ktoré sa nachádzajú na Žitnom ostrove.
-7-
Malé vodné elektrárne: majú výkon do 10 MW, pričom ich dopad na životné prostredie je malý resp. žiadny. Vyznačujú sa malou poruchovosťou, vysokým počtom prevádzkových hodín v roku, nízkymi prevádzkovými nákladmi, často bezobslužnou prevádzkou, dlhou životnosťou, ktorá môže dosiahnuť aj 80 rokov. Svojou decentralizáciou navyše znižujú straty v sieti.
Energia morí a oceánov zahŕňa energiu prílivu, energiu morských vĺn a termálnu energiu oceánov. Energia prílivu je jednou z človekom najdlhšie využívaných foriem energie. Je dokázané, že na pobreží Veľkej Británie existovali mlyny využívajúce energiu prílivu a odlivu už 1100 rokov pred naším letopočtom. Ich princíp bol jednoduchý: počas prílivu do nádrže pritekala voda cez otvory v hrádzi. Voda tu ostala až do odlivu, kedy odtekala otvorom v stavidle do mora, poháňajúc vodné kolo. Súčasné zariadenia pracujú na podobnom princípe. Elektrárne využívajúce príliv pracujú v 12 hodinových intervaloch. Jednou z ich výhod je, že na rozdiel od mnohých obnoviteľných zdrojov energie je energia prílivu veľmi presne predpovedateľná v čase aj vo veľkosti. Energia morských vĺn vzniká pôsobením vetra na morskú hladinu. Vlny nesú v sebe množstvo energie, ktoré je úmerné ich rýchlosti a objemu vody vo vlnách. Najvhodnejšie miesta na získavanie takejto energie sú západné pobrežie Európy, pobrežia USA, Nového Zélandu a Japonska. Termálna energia oceánov - keďže voda na hladine je zohrievaná Slnkom, existuje v tropických moriach značný teplotný rozdiel medzi vodou na povrchu a v hĺbke. Využitie tohto teplotného rozdielu je tiež zdrojom energie. Podstata je v čerpaní teplej vody z povrchu cez výparník, v ktorom sa odparuje čpavok. Vzniknutá para potom poháňa turbínu.
GEOTEMRÁLNA ENERGIA
Má pôvod v horúcom jadre Zeme, z ktorého uniká teplo cez vulkanické pukliny vo forme magmy. Na niektorých miestach sveta sa jej účinky prejavujú aj na povrchu v stĺpcoch horúcich pár alebo vriacich gejzírov. V 10 km vrstve zemského obalu, ktorá je dostupná súčasnej vŕtacej technike, sa nachádza dostatok energie na pokrytie našej spotreby tepla na obdobie niekoľko sto až tisíc rokov. Jej nevýhodou je, že obsahuje veľké množstvo solí, a preto ju nemožno priamo viesť vodovodnými potrubiami a využívať tak na vykurovanie. Soľ by totiž rozožrala vykurovacie telesá. Využívanie geotermálnej energie na ohrev sa preto uskutočňuje len za využitia tepelných čerpadiel. Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktorého funkciou je odoberať teplo okolitému prostrediu o odovzdávať ho tepelnému médiu (voda). Teplo sa pritom môže odoberať napr. zo vzduchu, vody alebo zeme. Samozrejme, je to prístroj, ktorý na svoju činnosť potrebuje elektrickú energiu alebo iné palivo (nafta, plyn).
Medzi geotermálnu energiu zaraďujeme aj energiu horúcich suchých skál. Táto technológia je založená na čerpaní vody cez skalu, ktorá bola v hĺbke. Mechanickým spôsobom je možné získať energiu len raz. Opätovný vzrast teploty skaly popraskaná. Pri spomínanom procese sa voda ohreje. Uvedený zdroj však nie je obnoviteľným zdrojom energie, nakoľko obnova trvá až niekoľko tisíc rokov.
Tab.: Inštalovabé výkony (MWe) geotermálnych elektrární
Zem a jej prírodné bohatstvo nám nikto nedal do daru - našou povinnosťou je zachovať ju i pre naše deti a nie ju bezhranične ničiť. Ľudstvo je z hľadiska svojich energetických potrieb uväznené v klietke ohraničenej zásobami fosílnych palív. Na hľadanie kľúča od tejto klietky zostáva len málo času - onedlho už môže byť neskoro. Tým kľúčom, ktorý hľadáme, je energia, ktorá je tu od nepamäti - energia obnoviteľných zdrojov - energia bez konca.
(Zdroj: Fond pre alternatívne energie, vv )
-8-
GEOTERMÁLNA ENERGIA NA SLOVENSKU
Na základe rozšírenia kolektorov geotermálnych vôd a aktivity geotermického poľa bolo na území SR vymedzených 26 perspektívnych oblastí, resp. štruktúr vhodných pre získavanie geotermálnych vôd, ktorých celková rozloha predstavuje 27% územia Slovenska. Ide hlavne o terciérne panvy, resp. vnútrohorské depresie, ktoré sú rozložené predovšetkým v pásme vnútorných Západných Karpát. Nosičom geotermálnej energie sú geotermálne vody, ktoré sú viazané hlavne na triasové dolomity a vápence vnútrokarpatských tektonických jednotiek, menej na neogénne piesky, pieskovce a zlepence, resp. na neogénne andezity a ich pyroklastiká. Tieto horniny ako kolektory geotermálnych vôd mimo výverových oblastí sa nachádzajú v hĺbke 200 - 5000 m a vyskytujú sa v nich geotermálne vody s teplotou 20-240 oC. Pod pojmom geotermálna voda myslíme podzemnú vodu slúžiacu ako médium na akumuláciu, transport a exploatáciu zemského tepla z horninového prostredia. Geotermálne vody na Slovensku boli doteraz overené pomocou vrtov v 14-ich vymedzených oblastiach. V ostatných 12-ich oblastiach geotermálne vody neboli overené pomocou geotermálnych vrtov, ale 6 z nich bolo zhodnotených pre účely vyhľadávania a prieskumu geotermálnych vôd. V rokoch 1971 - 1996 bolo realizovaných celkom 62 geotermálnych vrtov (4 negatívne), ktorými sa overilo asi 900 l/s vôd s teplotou na ústí vrtu 20 - 92 stupňov, ktorých tepelný výkon predstavuje okolo 184 MW (pri využití po referenčnú teplotu 15 stupňov). Geotermálne vody boli získané vrtmi hlbokými 210 - 3616 m, výdatnosť vrtov sa pri voľnom prelive pohybovala prevažne v rozmedzí 5 - 40 l/s, prevažuje Na - HCO3 - Cl, Ca - Mg- HCO3 - SO4 a Na - Cl typ vôd s mineralizáciou 0, 7 - 20 g/l.
Na Slovensku sú v súčasnosti využívané zdroje geotermálnej energie iba na výrobu tepelnej energie. Geotermálna energia je v zmysle energetickej koncepcie SR zaraďovaná medzi netradičné -alternatívne zdroje energie (lesná biomasa, malé vodné elektrárne, slnečná a veterná energia, energia bioplynu z odpadov), ktorých energetický potenciál predstavuje asi 4 % (40 000 TJ/rok) potenciálu primárnych energetických zdrojov. Z tohto potenciálu podiel geotermálnej energie predstavuje 18 % (7 200 TJ/rok). K výhodám využívania geotermálnej energie patrí, že :
predstavuje vlastný (domáci) zdroj energie, nezávislý od medzinárodných konfliktov
predstavuje lacnejší zdroj energie ako fosílne palivá a je obnoviteľným zdrojom
znižuje zaťaženie transportných komunikácií redukciou transportu fosílnych palív
znižuje nebezpečenstvo ohrozenia ŽP redukciou transportu, spracovania a využívania fosílnych palív (havárie produktovodov, výstavba a prevádzka zásobníkov plynov a ropných produktov, skládkové hospodárstvo)
umožňuje ovládanie ceny energie
prevádzka je bezpečná s minimálnym dopadom na ŽP a záber pôdy
Sumárny tepelno-energetický potenciál geotermálnych vôd Slovenska vo všetkých perspektív- nych oblastiach reprezentuje 5 538 MWt , z čoho 4 985 MWt pripadá na tepelno-energetický potenciál zásob geotermálnych vôd a 553 MWt na tepelno-energetický potenciál zdrojov geotermálnych vôd. V súčasnosti sa geotermálna energia v SR využíva v 35 lokalitách s tepelne využiteľným výkonom 83 MWt, ale s pomerne nízkou účinnosťou (30 %), čo predstavuje 25 MWt. Aj tento výkon však ušetrí za rok asi 42 600 t hnedého uhlia ( pri 200 dňoch vykurovania) alebo 16 mil. m3 zemného plynu. Nahradením týchto palív sa znižujú hlavné emisie asi v takýchto množstvách:
hnedé uhlie: tuhé látky 208 t/rok, SO2 790 t/rok, NOx 120 t/rok, CO2 42 t/rok ;
zemný plyn: tuhé látky 1,5 t/za rok, SO2 0,3 t/rok , NOx 59 t/rok, CO2 4,32 t/rok.
(Zdroj: Enviromagazín, vv)
-9-
Obr:. Geotermálna energia Slovenska
KOTOL NA SPAĽOVANIE DREVA PRE RODINNÝ DOM
O tom, že vykurovanie drevom je výhodné aj v podmienkach rodinných domov, svedčí príklad z obce Žakovce, kde sa majiteľ domu rozhodol nahradiť starý kotol na uhlie ekologicky čistejším a lacnejším kotlom na spaľovanie dreva. Zakúpil kotol s výkonom 32 kW, ktorý namiesto priameho horenia využíva moderný systém splyňovania dreva.
Pri tomto trojstupňovom procese horenia v jednotlivých zónach kotla dochádza postupne k:
1. vysušovaniu a splyňovaniu dreva,
2. horeniu drevného plynu v tryske s prívodom predhriateho sekundárneho vzduchu,
3. dohorievaniu vo zvláštnom spaľovacom priestore. Výkon kotla je možné plynule meniť pomocou regulátora, ktorý zabezpečuje optimálny prívod vzduchu. Kotol je vybavený elektrickým napájaním a riadením obehového čerpadla vykurovacieho systému, pričom umožňuje spaľovať drevo a prírodné drevné odpady od štiepkov až po drevné polená s dĺžkou 50 cm a šírkou 20 cm. Piliny a hobliny možno spaľovať spoločne s odrezkami, vetvami alebo polenami.
Bežná vykurovacia sezóna v tejto podtatranskej obci trvá až 9 mesiacov. Počas tohto obdobia sa využíva kotol na drevo a zvyšné 3 mesiace sa na prípravu teplej vody používa elektrický ohrievač.
Výrobca inštaloval kotol v roku 1996 a jeho prevádzka je veľmi spoľahlivá. Zo spáleného dreva vznikne za týždeň asi 5 litrov popola. Čistenie sa vykonáva približne jedenkrát za mesiac. Voda sa v kotle zohrieva na teplotu 60 °C, pričom v najtuhšej zime, keď teploty dosahovali - 20 °C, si takýto režim vyžadoval prikladanie dreva 2-3-krát za deň. Výhodou je, že na rozdiel od starého uhoľného kotla, v ktorom ráno teplota vody poklesla na 20 °C, si kotol na drevo udržuje stálu teplotu vody po celý čas na nastavenej úrovni.
Celkové investície vrátane inštalácie boli 36.000 Sk, z toho cena kotla predstavovala 25.000 Sk. Návratnosť vložených investícií vychádza približne na 3 roky. Ročná spotreba dreva bola v roku 1996 približne 18 m3. Majiteľ domu nakupoval odpadové drevo za cenu 250-270 Sk/m3, čo viedlo k ročným nákladom na vykurovanie asi 5.000 Sk. Predtým v kotle na uhlie ročne spotreboval 9-10 ton uhlia a kúrenie tak vyšlo na 15.000 SK/rok. To, že vykurovanie drevom je výhodnejšie nielen v porovnaní s uhlím, ale aj pri porovnaní s plynom dokumentuje fakt, že spotreba plynu by pre takýto dom predstavovala ročné náklady 9.000 Sk, pričom sa predpokladá rast cien plynu.
Prednosťou kotla je, že odpadajú problémy s čistením a so skladovaním popola a uhlia. Naopak, popol vznikajúci v kotle na drevo je čistý a možno ho využiť ako organické hnojivo. Problémom je spaľovanie mokrého dreva, ktoré sa dostatočne nesplyňuje, vyvoláva vyššiu spotrebu dreva a tiež je potrebné častejšie čistenie. Majiteľ si pochvaľuje úsporu peňazí, jednoduchú obsluhu a odporúča takéto zariadenie každému, kto plánuje výmenu starého kotla za nový.
(Zdroj: publikácia “Energia pre budúcnosť”,ml)
Krátke správy -10-
HAVÁRIA V JAPONSKU
Traja robotníci boli ožiarení pri úniku rádioaktívnych látok v továrni na spracovanie uránu pre jadrové elektrárne v Tokaimure v Japonsku. Robotníkov okamžite hospitalizo- zovali, ďalších 150 osôb žijúcich v bezpros- trednej blízkosti bolo evakuovaných. Školám v Tokaimure prikázali zatvoriť okná a nepúšťať nikoho von. Úrady zakázali vstup do zóny 3 ki- lometrov okolo továrne, v ktorej namerali žia- renie 10 000-krát vyššie ako dlhodobý priemer.
(Zdroj: SME, 1.10. 1999)
POŽIERAČI RÁDIOAKTÍVNEHO ODPADU
Vedci v USA vyvinuli nový druh mikro- organizmov, ktoré sú schopné požierať rádio- aktívny odpad. Bol vytvorený metódou génového inžinierstva z najodolnejšej baktérie proti rádioaktívnemu žiareniu a dokáže likvido- vať nebezpečné rádioaktívne zmesi ťažkých kovov a organických látok. Jadrový odpad predstavuje jeden z najvážnejších problémov ľudstva, keďže jeho likvidácia je veľmi ná- kladná a náročná. Doteraz všetky mikróby využívané na jeho likvidáciu na jadrových skládkach zahynuli následkom rádioaktívneho ožiarenia . (vv)
NÁKLADY ČERNOBYLA
V tomto roku by sa mali vynaložiť desiatky miliónov dolárov na spevnenie krytu okolo zničeného štvrtého krytu černobyľského reaktora. Vlani sa na tento účel vynaložilo 24 mil. USD, v tomto roku budú k dispozícii fondy v hodnote 103 mil. USD. Ďalšie práce na obnove krytu by mali stáť celkove 758 mil. USD. Vlády rozličných krajín sľúbili pomôcť tomuto projektu sumou až 400 mil. USD.
(Zdroj: SME, 11.2.1999)
|