Obnovljivi izvori energije – Energija biomase

Pod energijom biomase podrazumevamo energiju koja se po pravilu oslobađa sagorevanjem raznih organskih materijala. Kada se govori o ovim izvorima energije, uglavnom se misli na biomasu (drvo, kora…), biogoriva (razna ulja i alkoholi), biogas (nusprodukti raspada- nja raznih organskih materija, najčešće na deponijama, velikim đubrištima, na farmama…).

BIOGAS je gasna mešavina koja se sastoji od 60–70% metana (CH₄) i 30–40% ugljen-dioksida (CO₂) i koja se dobija prilikom bakterijske razgradnje organskih materija pod anaerobnim uslovima. Pored odsustva kiseonika, neophodni uslovi su konstantna temperatura i pH vrednost od 6,5 do 7,5. Raspadanje je najefektivnije na temperaturi od 15°C (psihrofilne bakterije), 35°C (mezofilne bakterije) i 55°C (termofilne bakterije). U praksi se pokazalo da je zadržavanje od oko 10 dana najefektivnije za termofilne bakterije, 25 do 30 dana za mezofilne i 90 do 120 dana za psihrofilne. Većina postrojenja danas radi u mezofilnom temperaturnom rangu. Pošto se biogas proizvodi tamo gde se organski materijal razgrađuje bez vazduha, postoji širok spektar organskih materija koje su pogodne za anaerobnu razgradnju. Neke od tih materija su:

• tečno i čvrsto stajsko đubrivo,
• posebno prikupljan biološki otpad iz stambenih delova,
• obnovljivi materijali, kao što su kukuruzna silaža, semenke koje se ne koriste za ishranu itd,
• mulj iz kanalizacije i masti,
• korišćeni podmazivači,
• trava (npr. u EU neobrađena zemlja); drvo nije pogodno za proizvodnju biogasa, jer bakterije koje proizvode metan ne mogu da svare lignin kojeg ima u drvetu,
• biološki otpad iz klanica, pivara, destilerija, prerade voća i proizvodnje vina, mlekara, industrije celuloze, šećerane…

U industrijskim zemljama nastaje 300-400 kg komunalnog otpada godišnje po osobi. Ovaj otpad se skuplja i odlaže na bezbednim i sanitarnim deponijama, koje podrazumevaju zaštitu podzemnih voda, kao i zaštitu vazduha od prljavog i opasnog deponijskog gasa. Deponijski gas nastaje razgradnjom organskih supstanci pod uticajem mikroorganizama u anaerobnim uslovma. U središtu deponije nastaje nadpritisak, pa deponijski gas prelazi u okolinu. Prosečan sastav deponijskog gasa je 35–60% metana, 37–50% ugljen-dioksida, u manjim količinama se mogu naći ugljen-monoksid, azot, vodonik-sulfid, fluor, hlor, aromatični ugljovodonici i drugi gasovi u tragovima. Na osnovu navedenog sastava deponijskog gasa, može se uočiti da je on vrlo opasan, jer je metan u određenim koncentracijama veoma eksplozivan. Da bi se odstranili negativni uticaji nekontrolisanog širenja deponijskog gasa, izvodi se plansko sakupljanje i prisilno usmeravanje gasa ka mestu sagorevanja, što takođe pospešuje bržu stabilizaciju svežih delova deponije, smanjuje zagađivanje otpadnih voda i omogućava korišćenje energije na deponiji (grejanje, topla voda, struja).

Da bi se spaljivanjem deponijskog gasa dobila energija, potrebno je postaviti vertikalne perforirane cevi u telo deponije i horizontalno ih povezati. Preko kompresorskog postrojenja deponijski gas se isisava, sabija, suši i usmerava ka gasnom motoru. Iz sigurnosnih razloga preporučuje se ugradnja visokotemperaturne baklje koja preuzima viškove proizvedenog gasa. Deponijski gas sa prosečnim sadržajem metana od 50% ima donju toplotnu moć Hd = 5 kWh/Nm³, što znači da 1 m³ biogasa sadrži približno istu količinu energije kao 0,6 litara lož ulja ili 0,65 Nm³ prirodnog gasa.

// Iz 1 Nm³ deponijskog gasa dobija se 2 kWh električne energije, 2,15 kWh toplotne energije.

Dobijena električna energija koristi se za vlastite potrebe ili se predaje u električnu mrežu. Proizvedena toplota može se koristiti na deponiji za proizvodnju tople vode, u staklenicima i plastenicima za proizvodnju ranog povrća i cveća, u industrijskim pogonima u blizini deponije, za grejanje stambenih zgrada i kod drugih potrošača toplote.

BIODIZEL je komercijalni naziv za metil-ester koji se dobija esterifikacijom viših nezasićenih masnih kiselina i alkohola u prisustvu N_a-metilata kao katalizatora. Više masne kiseline su ulja i masti različitog porekla, a alkohol je u ovom slučaju metanol. Metil-ester repičnog ulja najčešće se označava akronimima MERU ili MER, dok se metil-ester suncokretovog ulja označava akronimom MESU.

Hemijska reakcija

Kao sporedni produkt ove hemijske reakcije nastaje glicerin koji se može koristiti u različite svrhe. Razdvajanje esterske (lakše) i glicerinske (teže) faze vrši se u uređajima za taloženje, praktično na granici rastvorljivosti ovih faza. Dobijena esterska faza se dalje ispira vodom radi uklanjanja zaostalog metanola, glicerina, katalizatora i sapuna. Isprani estri se suše pod vakuumom i hlade. U biodizel se dodaju aditivi koji poboljšavaju niskotemperaturno svojstvo, na primer kerozin, i stabilizatori (anti-oksidansi). Glicerinska faza (glicerin, metanol, katalizator) meša se sa vodom iz procesa pranja metil-estera. Zakišeljavanjem sa HCl, katalizator se razlaže na rastvor kaustične sode i metanol. Frakcionisanje metanola i glicerinske vode vrši se u rektifikacionoj koloni. Dobijeni metanol, čistoće 99,99% vraća se u proces esterifikacije i meša se sa vodom.

Glicerinska voda se dalje prerađuje do tehničkog glicerina. Glicerin se takođe može prerađivati do nivoa farmaceutske čistoće. Najčešće korišćena sirovina za dobijanje biodizela su različita biljna ulja (dobijena iz uljane repice, soje, suncokreta, palme, ricinusa, kikirikija i drugih uljarica), životinjska mast i reciklirano jestivo ulje (iz restorana i domaćinstava).

// Ispitivanja su pokazala da dizel motori sa pogonom na biodizel imaju značajno manju emisiju dima i čestica. Smanjenje emisije u proseku iznosi oko 47%.

Niža emisija dima i čestica postiže se i pri primeni mešavine konvencionalnog dizel goriva i MER-a. Slični rezultati se dobijaju i u pogledu redukcije emisije ugljenmonoksida (smanjenje oko 48%) i ugljovodonika (smanjenje oko 67%). Emisija oksida azota pri pogonu dizel motora na biodizel veća je u proseku za oko 10%. Uzrok ovoj pojavi je hemijski vezan kiseonik u molekulima MER-a.

Značajno je istaći i da je emisija policikličnih aromatičnih ugljovodonika, izrazito kancerogenih frakcija čestične emisije, niža za oko 80%. Sagorevanje biodizela u motorima ne povećava emisiju ugljen-dioksida u odnosu na emisiju koja bi nastala u prirodnom životnom ciklusu uljane repice. Zato je u pogledu doprinosa efektu staklene bašte biodizel neutralan.

// Biodizel je ekonomski jeftiniji od komercijalnog fosilnog goriva za oko 10%, a ekološki je neuporedivo zdraviji i isplativiji.

Više o obnovljivim izvorima energije:
Obnovljivi izvori energije – osnovna podela
Obnovljivi izvori energije – Solarna energija
Obnovljivi izvori energije – Eolska energija
Obnovljivi izvori energije – Kretanje morske vode i geotermalna energija
Obnovljivi izvori energije – Nuklearna fuzija na Zemlji

Autori:
Prof. dr D. Škobalj,
Ž. Đokić, dipl. inž.