Kas yra biomasė? Apibrėžimas, biokuras ir biodujos

Biomasė yra pagrindinis terminas ekologijoje ir energijos gamybos pramonėje. Organinės atliekos, pavyzdžiui, negyvos augalinės ir gyvūninės kilmės medžiagos, gyvulių mėšlas ir virtuvės atliekos, gali būti paverčiamos dujiniu kuru, vadinamu biodujomis. Organines atliekas biodujų fermentatoriuose skaido bakterijos ir išskiria biodujas, kurios iš esmės yra metano ir anglies dioksido mišinys.

Ekologijoje biomasė - tai gyvosios medžiagos sankaupa. Tai visa gyvoji medžiaga tam tikroje teritorijoje, biologinėje bendrijoje ar grupėje. Biomasė matuojama svoriu arba sausuoju svoriu tam tikrame plote (kvadratiniame metre arba kvadratiniame kilometre). Energetikos pramonėje ji reiškia biologinę medžiagą, kuri gali būti naudojama kaip kuras arba pramoninėje gamyboje. Biomasė apima augalinę medžiagą, auginamą biokurui, taip pat augalinę ar gyvūlinę medžiagą, naudojamą pluoštui, cheminėms medžiagoms ar šilumai gaminti. Biomasė taip pat gali apimti biologiškai skaidžias atliekas, kurias galima deginti kaip kurą. Ji neapima organinių medžiagų, kurios dėl geologinių procesų virto tokiomis medžiagomis kaip anglis ar nafta. Paprastai ji matuojama sausuoju svoriu.

Biomasės tipai ir pagrindiniai šaltiniai

Biomasė gali būti labai įvairi. Pagrindinės rūšys ir šaltiniai:

• Miškinė biomasė: mediena, žievė, medienos atliekos (pjuvenos, drožlės).
• Žemės ūkio likučiai: šiaudai, lapai, augalų stiebai, sėlenos.
• Energijos augalai: specialiai auginamos rūšys biokurui (pvz., ievos, miscanthus, rapsas).
• Gyvūlinės kilmės atliekos: mėšlas, gyvulinės fermos nuotekos.
• Maisto ir organinės komunalinės atliekos: virtuvės atliekos, organinės frakcijos iš atliekų surinkimo.
• Nuotekų dumblo ir pramoninės biologiškai skaidžios atliekos: valymo įrenginių dumblo perdirbimas, maisto pramonės atliekos.

Biomasės konversijos technologijos

Biomasė gali būti paverčiama energija įvairiais būdais. Pagrindinės technologijos:

• Deginimas: tiesioginis dideglių medžiagų deginimas garo ar šilumos gamybai.
• Anaerobinė skaidyba (fermentacija): organines medžiagas be deguonies skaido mikroorganizmai, išskiriant biodujas (pagrinde metaną ir CO2). Procesas apima fazes: hidrolizę, rūgštėjimą, acetogenezę ir metanogenezę. Gauta digestatas dažnai naudojamas kaip trąša.
• Pirolizė: aukštoje temperatūroje be deguonies gaunami sintetiniai dujos, skystos pirolizės liekanos (bio‐oils) ir anglies turintis kietasis produktas (biochar).
• Gasinimas: biomasė aukštoje temperatūroje su ribotu deguonies kiekiu paverčiama sintetinėmis dujomis (syngas), kurias galima naudoti šilumai, elektrai ar cheminei sintezei.
• Fermentacija į skystus biokurus: cukrūs ir krakmolas fermentuojami į etanolį; riebalai ir aliejai transesterifikuojami į biodieselį.

Biodujos ir jų savybės

Biodujos – tai dujų mišinys, susidarantis anaerobinio skaidymo metu. Tipinė sudėtis:

• metanas (CH4): apie 50–70% (priklausomai nuo žaliavos ir proceso);
• anglies dioksidas (CO2): apie 30–50%;
• maži kiekiai sieros vandenilio (H2S), amoniako (NH3), vandens garų ir kitų trasų.

Energetinė vertė priklauso nuo metano dalies: vidutinė biogazo energija yra apie 18–26 MJ/m3 (LHV), priklausomai nuo CH4 koncentracijos. Biogas galima tiesiogiai deginti šildymui arba naudoti kogeneracijos jėgainėse elektros ir šilumos gamybai. Biogas taip pat gali būti apvalytas ir išgrynintas iki kvalifikuotos biometano formos, tinkančios įvesti į dujų tinklą arba naudoti kaip transporto kurą (CNG).

Biokuras: kietieji ir skystieji biokurai

Pagal panaudojimo formą biokuras skirstomas:

• Kietieji biokurai: malkos, medienos briketai, granulės, agrodangos (pvz., šiaudai). Juos dažnai degina įprastose krosnyse ar specialiose katilinėse.
• Skystieji biokurai: etanolis (pagamintas iš cukrų ar krakmolo), biodizelis (iš augalinių aliejų/arba riebalų) ir pažangesni junginiai iš lignoceliuliozės.

Energetiniai parametrai: sausos medienos žievės ir pjuvenų energetinė vertė paprastai siekia ~15–20 MJ/kg, etanolio energetinė vertė mažesnė, o biodieselio – apie 35–40 MJ/kg.

Tvarumas ir poveikis aplinkai

Biomasė dažnai laikoma atsinaujinančiu ir „neutraliu“ pagal CO2 kiekį, nes deginant išskiriama anglis anksčiau surinkta per augimo laikotarpį. Tačiau tvarumas priklauso nuo kelių veiksnių:

• jei žemė užimama energetiniams augalams, gali įvykti dirvos ir buveinių praradimas bei neigiamas poveikis biologinei įvairovei;
• ilgametis anglies balansui įtaką daro žemės naudojimo pokyčiai (land‑use change);
• perdirbimo ir transportavimo emisijos gali sumažinti ar paneigti teigiamą biomasės anglies balansą;
• tinkamai valdomas anaerobinis fermentavimas su digestato naudojimu kaip trąša gali sumažinti trąšų poreikį ir pagerinti išteklių uždarojo ciklo efektyvumą.

Nauda ir trūkumai

• Privalumai: biomasė suteikia galimybę vietinei energijos gamybai, sumažina atliekų kiekį, generuoja šilumą ir elektrą, o biodujos gali pakeisti iškastinį kurą transportui ar šilumai.
• Trūkumai: reikalauja žemės ir vandens išteklių (ypač energetiniai augalai), gali konkurencizuoti maisto gamybą, netinkamai valdomas – sukelti teršimą ar biologinės įvairovės praradimą.

Matavimas, energetinė vertė ir praktika

Biomasė paprastai matuojama sausuoju svoriu (kg) arba energine verte (MJ). Energetiniai parametrai padeda palyginti skirtingų biokurų tinkamumą konkrečiam panaudojimui:

• sausa mediena: ~15–20 MJ/kg;
• biogas (50–70% CH4): ~18–26 MJ/m3;
• metanas (grynas): ~50 MJ/kg (LHV) arba apie ~36 MJ/m3 dujų tūrio energija (LHV).

Praktiniai panaudojimo pavyzdžiai

Biomasė ir biodujos plačiai naudojamos tiek komunaliniu, tiek pramoniniu mastu:

• vietinės kogeneracijos jėgainės biogazui deginti (elektra + šiluma);
• kaimo ūkiuose – biodujų įrenginiai, perdirbantys mėšlą ir virtuvės atliekas, sumažinantys kvapus ir gaminantys trąšą;
• medienos granulių katilinės daugiaaukščiuose pastatuose ar miesteliuose;
• transportas – grynintas biometanas (kai kuriuose miestuose ir degalinėse naudojamas kaip alternatyvus kuras).

Apibendrinant, biomasė yra plati sąvoka, apimanti tiek ekologinius, tiek energetinius aspektus. Jos tvarus ir efektyvus naudojimas reikalauja atidžios žaliavų valdymo, technologijų parinkimo ir poveikio aplinkai vertinimo, kad būtų maksimaliai išnaudotos naudos ir sumažinti neigiami padariniai.