Zakonzervovaná slnečná energie
Rastliny dokážu vďaka fotosyntéze premieňať slnečnú energiu na organickú hmotu. Drevo, rastliny, poľnohospodárske zvyšky, či dokonca exkrementy úžitkových zvierat patria medzi najstaršie obnoviteľné energetické zdroje, ktoré môžu do značnej miery nahradiť fosílne palivá.
Pre tri štvrtiny obyvateľstva Zeme je biomasa najdôležitejším palivovým zdrojom. Jej podiel na celosvetovej spotrebe primárnych energetických zdrojov je v súčasnosti 14%. Na Slovensku je to menej ako 3 %. Zdroje energie organického pôvodu (od dreva až po organický materiál na skládkach komunálneho odpadu) sú vlastne biopalivami. Jedná sa o všetky tuhé, kvapalné a plynné palivá vyrobené priamo z rastlín alebo nepriamo z priemyselných, poľnohospodárskych alebo domácich odpadov.
Pevné biopalivá
Ročný prírastok celosvetovej drevnej hmoty sa odhaduje na 12,5 mld. m3, čo predstavuje energetický ekvivalent cca 182 EJ, teda asi 1,3 násobok celosvetovej ročnej spotreby uhlia. Celková priemerná spotreba dreva predstavuje asi 3,4 mld. m3 za rok. Väčšinu lesov v Európe by bolo možné využívať bez toho, aby bola ohrozená existencia prírodných ekosystémov. Stačí úplne využívať odpad, ktorý vzniká pri ťažbe a spracovaní dreva a venovať pozornosť účinnosti spaľovania drevnej hmoty. Tradičné pece majú účinnosť využitia energie často nižšiu ako 30 %. V porovnaní s modernými splyňovacími kotlami s účinnosťou okolo 90 % je to veľmi málo. Drevný odpad možno spracovať viacerými spôsobmi. Brikety sú vyrobené z odpadovej biomasy drvením, sušením a lisovaním bez akýchkoľvek chemických prísad. Majú vysokú výhrevnosť, až 19 MJ.kg-1. Tenčina z prerieďovania porastov alebo konárov sa upravuje na 2 až 4 cm dlhé kúsky – štiepky. Relatívne novou formou drevného paliva sú pelety. Sú to granule kruhového prierezu s priemerom probližne 6 až 8 mm a dĺžkou 10 až 30 mm, vyrobené výhradne z pilín alebo hobliny bez akýchkoľvek chemických prísad. Vysoká hustota (min. 650 kg/m3) nalisovaných granúl je zárukou výhrevnosti až 20 MJ/kg. Týmito parametrami sa pelety vyrovnajú uhliu. Slama má Vyššiu výhrevnosť ako hnedé uhlie má aj slama, ktorá sa ako palivo využíva v mnohých vyspelých krajinách.
Kvapalné biopalivá
Kvapalné biopalivá na rozdiel od pevných a plynných biopalív sa uplatňujú predovšetkým na pohon motorových vozidiel. Bionaftu, ktorá sa ako jediné kvapalné biopalivo využíva aj u nás, možno vyrobiť z viac ako 300 druhov rastlín. Najrozšírenejšie sú repka olejnatá, slnečnica, oliva, sója či kokosový orech. Hoci takmer každý naftový motor je možné upraviť na spaľovanie bionafty, použitie čistého rastlinného oleja prináša viacero ťažkostí. Preto sa olej upravuje esterifikáciou na metylester u nás označovaný ako MERO. Je to ekologicky čisté palivo a v porovnaní s naftou pri spaľovaní vykazuje tri až štyridsaťkrát nižší obsah uhľovodíkov vo výfukových plynoch. Bionafta, pod ktorou rozumieme čistý rastlinný olej alebo MERO, sa z hľadiska energie obsiahnutej v jednom litri paliva približuje kvalite nafty
Najrozšírenejšími alkoholovými palivami sú etanol a metanol. Vyrábajú sa najmä z obilia, kukurice a cukrovej trstiny. Pri ich spaľovaní sa tvorí menej škodlivín, pretože majú jednoduchšiu štruktúru ako benzín alebo nafta a zároveň lepšie horia. Etanol sa dnes bežne využíva ako náhrada benzínu v spaľovacích motoroch, najmä v Brazílii (program Proalcool) a v USA (program Gasohol).
Kvapalné biopalivá v číslach
Energetická bilancia pri výrobe etanolu (podiel získanej a vloženej energie) je približne polovičná v porovnaní s bionaftou. Z jedného hektára energetickej plodiny možno však získať 4 755 litrov etanolu, bionafty len asi 1 400 litrov. Výrobná cena etanolu vrátane jeho destilácie sa vo svete pohybuje na úrovni 0,6 USD za liter. Pri tejto cene je jeho využívanie ako paliva v doprave problematické. Energia obsiahnutá v 1 litri metanolu je 18 MJ, ale účinnosť motora pri použití tohto paliva je vyššia ako v prípade benzínu (asi o 20 %), čo zvyšuje hmotnostnú energiu metanolu na 22,5 MJ. Metanol je možné vyrobiť nielen z biomasy, ale aj z niektorých fosílnych palív ako napr. zo zemného plynu alebo z uhlia. Nevýhodou výroby metanolu z biomasy je jeho dvojnásobná cena v porovnaní so syntetickým metanolom, ktorý je vyrobený zo zemného plynu. Zaujímavosťou tiež je, že z metanolu je možné vyrobiť aj benzín, avšak celý proces výroby prebieha s energetickou stratou, a preto sa nevyužíva. Z praxe vyplýva, že z jednej tony suchej biomasy je možné vyrobiť asi 700 litrov metanolu.
Plynné biopalivá
Využitie organickej hmoty na výrobu plynných palív je možné dvoma spôsobmi – splyňovaním suchých zvyškov biomasy (drevoplyn) alebo anaerobným vyhnívaním biomasy (bioplyn). Skvapalnenie bioplynu a jeho následné využitie ako paliva pre motorové vozidlá však neprináša výraznejšie ekonomické výhody. Preto je bioplyn palivom najmä v stacionárnych motoroch – kogeneračných jednotkách určených na výrobu elektriny a tepla. Jeho využitie pre energetické účely predstavuje jeden z najekonomickejších spôsobov ekologickej likvidácie odpadov. Hoci výroba bioplynu pre energetické účely je vo svete bežná, na Slovensku je zatiaľ je v prevádzke len niekoľko čističiek odpadových vôd a päť poľnohospodárskych bioplynových staníc. Prvým zariadením využívajúcim hnojovnicu je bioplynová stanica v poľnohospodárskom družstve Bátka. Bioplyn vyrobený v Bátke sa využíva na kombinovanú výrobu elektriny a tepla. Bioplyn z čističiek odpadových vôd sa používa prevažne na prípravu teplej vody.
Využívanie biomasy má pozitívny vplyv na – ekonomický rozvoj vidieka a oživenie lokálneho hospodárstva – zvýšenie príjmov poľnohospodárov – diverzifikáciu poľnohospodárskej produkcie – revitalizáciu pôdy – znižovanie emisií z energetikého priemyslu – znižovanie nadprodukcie potravín – tvorbu nových pracovných príležitostí – priemysel zameraný na vývoj potrebných technológií – otvorenie nových trhov (technické plodiny) – znižovanie emisií skleníkových plynov – absorbciu CO2 z atmosféry rastlinami – využívanie metánu zo komunálnych skládok – nižší obsah síry v ovzduší
Text: doc. Ing. Jozef Daruľa, PhD. Ing. J. Kubica, Mgr. M. Smitková
Foto: archiv redakcie
