ZDROJE ENERGIE V ZEMĚDĚLSTVÍ

ZDROJE ENERGIE V ZEMĚDĚLSTVÍ

Obnovitelné zdroje energie • Obnovitelné přírodní zdroje, které mají schopnost se při postupném spotřebovávání částečně nebo úplně obnovovat, a to samy nebo za přispění člověka.

Základní druhy obnovitelných zdrojů energie • Pokud se energie přeměňuje nějakým technickým zařízením – sluneční energie • Pokud je energie předtím vázána v živých organismech (většinou ve formě sloučenin uhlíku - například ve dřevě, olejnatých rostlinách, obilí), mluvíme o bioenergii. Zdrojem bioenergie jsou biopaliva, která se podle skupenství dělí na biopaliva tuhá, kapalná a plynná. • Pokud je energie vázána do potenciální energie vody - vodní energie. • Pokud se energie přemění na kinetickou energii vzdušných mas - větrná energie

Bioenergie • Bioenergie je obnovitelná energie, která vzniká uvolněním chemické energie ze surovin biologického původu. Tyto zdroje energie se označují jako biopaliva a jsou vyráběny z biomasy.

Biopaliva • vzniká cílenou výrobou či přípravou z biomasy. Představuje tedy jedno z možných využití biomasy, kterou lze jinak použít jako surovinu pro výstavbu, nábytek, balení, pro výrobky z papíru atd. Biopalivo se dělí se na:tuhá biopaliva kapalná biopaliva plynná biopaliva V současnosti je chemická energie z biopaliv uvolňována hlavně jejich spalováním. Jsou vyvíjeny jiné účinnější metody pro jejich využití k výrobě elektřiny pomocí palivových článků. Biopaliva pokrývají 15% celkové světové spotřeby energie, především ve Třetím světě, kde slouží převážně k vaření a vytápění domácností, ale relativně vysoký podíl mají biopaliva i ve Švédsku a Finsku.

Biopaliva uhlíkově neutrálnínejsou - už jenom proto, že k účinnému růstu rostlin je potřeba hnojivo, rostliny je třeba nějak sklidit, přetransformovat na biopaliva a přemístit do nádrží.

Biopaliva v zemědělství • Očekává se vyčerpání zdrojů fosilních paliv, proto lidstvo za ně hledá náhradu. Současně chce odstranit nebo alespoň omezit závislost vyspělých zemí na nejistých režimech ve státech s těžbou ropy a částečně i řešit problémy s nadprodukcí některých zemědělských plodin. Produkce biopaliv má rovněž poskytnout pracovní příležitosti, omezit emise skleníkových plynů a využívat nadbytek biomasyprodukované rostlinnou výrobou a pro výrobu bioplynu využívat exkrementy hospodářských zvířat.Současně je třeba postupovat velice uvážlivě k jejich produkci, protože ukvapený přechod na biopaliva by mohl mít nepříznivé dopady na existenci a životní prostředí lidstva. Zdá se, že nejvýhodnějším a také nejlevnějším řešením je využívání biopaliv k produkci tepla a k přeměně energie a pro omezování emisí skleníkových plynů než na palivo. Pod biopalivy se většinou rozumí především bioetanol a metylestery mastných kyselin, zejména řepkového oleje. Velké naděje se kladou na biopaliva tzv. druhé generace. Tato biopaliva jsou mnohem vhodnější než stávající biopaliva první generace zejména díky nižším nákladům, lepší bilanci skleníkových plynů, obsažené energii a lepší kvalitě. Navíc je při jejich výrobě možné jako surovinu využívat podstatně širší spektrum biomasy nekonkurující výrobě potravin.

Asi nejznámějším biopalivem však není čistý řepkový olej, ale jeho metylester - tzv. bionafta, která se vyrábí chemickou reakcí oleje s metanolem a hydroxidem sodným. Lze ji připravit i ze sójového oleje. Druhým světově rozšířeným biopalivem je bioetanol, vyráběný z kukuřice nebo z cukrové třtiny. V tropických oblastech hraje důležitou roli i palmový olej. • Pro ekologisty jsou biopaliva oblíbenou ilustrací ideologické mantry, podle níž obnovitelné zdroje automaticky pomáhají přírodě. Protože prý mají tzv. neutrální uhlíkovou bilanci, představují přímo zázračnou kůru na globální oteplování. Zjednodušeně řečeno se kvůli nim údajně nezvyšuje koncentrace skleníkového oxidu uhličitého. Při spalování biopaliv se totiž uvolňuje pouze uhlík, který během růstu z atmosféry "vychytaly" příslušné rostliny. Do koloběhu nepřibývá nic, co by v něm už nebylo. Spalováním fosilních paliv (nafta, benzín) se ale uvolňuje "přidaný" uhlík, který před miliony let z tehdejší atmosféry "vychytaly" dávné organismy. Právě ten údajně způsobuje změny klimatu.

Tuhé biopalivo • Tuhá biopaliva jsou biopaliva, která se v podmínkách, při nichž jsou skladována, dopravována a připravována pro energetické využití, nachází v tuhém stavu. Mezi tuhá biopaliva jsou řazeny zejména následující biopaliva: • Dřevo v různých formách: • polena, • štěpka, • brikety, • pelety, • piliny • sláma, dnes již také ve formě briket a pelet, • Seno ve formě briket či pelet

Kapalné biopalivo • Kapalná biopaliva jsou biopaliva, která se v podmínkách, při nichž jsou skladována, dopravována a připravována pro energetické využití, nachází v kapalném stavu. Mezi kapalná biopaliva jsou řazena zejména následující biopaliva: • Alkoholová biopaliva: • Bioethanol je ethanol vyráběný z rostlin obsahujících větší množství škrobu a sacharidů, nejčastěji z kukuřice, obilí, brambor, cukrové třtiny a cukrové řepy. Široké uplatnění má jako automobilové palivo zejména v Brazílii. • Biomethanol je methanol vyrobený z biomasy. Jeho produkce je zatím neekonomická a methanol je silně jedovatý. • Butanol lze vyrobit složitou fermentací biomasy. Může být použit přímo v existujících benzínových motorech a je méně korozivní než ethanol, ale je také jedovatý.

Biooleje mohou být použity v naftových motorech: • Rostlinný olej • Použitý, např. fritovací olej • Bionafta získávaná transesterifikací rostlinných olejů a živočišných tuků. • Zkapalněná plynná biopaliva • Bioplyn a dřevoplyn lze pomocí Fisher-Tropschovy syntézy přeměnit na kapalné uhlovodíky. Oproti bioethanolu a bionaftě, při jejichž výrobě se využívají pouze určité části rostlin, lze k výrobě dřevoplynu použít celou plodinu, což zvyšuje energetický výnos. Navíc je jedno, z jakých rostlin zdrojová biomasa pochází, takže není nutné pěstovat neekologické monokultury. • Odpadní produkty: • Termální depolymerizace poskytuje methan a ropě podobné uhlovodíky z různých odpadů

Plynné biopalivo • Plynná biopaliva jsou biopaliva, která se v podmínkách, při nichž jsou skladována, dopravována a připravována pro energetické využití, nachází v plynném stavu. • Mezi plynná biopaliva jsou řazena zejména následující biopaliva: • Bioplyn skládající se z methanu a oxidu uhličitého a produkovaný přirozeným rozkladem na skládkách odpadů nebo v zemědělství. • Dřevoplyn skládající se z oxidu uhelnatého a vodíku vyráběný zplyňováním biomasy. • Vodík vyrobený štěpením jakéhokoliv uhlovodíkového biopaliva.

Bioplyn • Bioplyn je směs plynů, z nichž hlavní jsou metan CH4 a oxid uhličitý CO2 (H2, N2, H2S,…), který vzniká při mikrobiálním rozkladu organické hmoty za nepřítomnosti kyslíku. • Organickou hmotu pak tvoří obvykle exkrementy hospodářských zvířat (kejda, trus, hnůj, močůvka, podestýlka), fytomasa (siláže, senáže, rostlinné zbytky, energetické plodiny, neprodejná zemědělská produkce), domovní a komunální odpady, odpady zpracovatelského a potravinářského průmyslu (jatka, mlékárny) adalší odpady

Bioplyn je produkovaný zejména v: • přirozených prostředích, jako jsou mokřady, sedimenty, trávící ústrojí (zejména u přežvýkavců), • zemědělských prostředích, jako jsou rýžová pole, uskladnění hnojů a kejd, • odpadovém hospodářsví na skládkách odpadů (zde je označovaný jako skládkový plyn), na anaerobních čistírnách odpadních vod (ČOV), v bioplynových stanicích.

Bioplyn a jeho využití v zemědělství • Zatímco v Německu, Dánsku nebo Švédsku jsou bioplynové stanice poměrně běžným a žádaným zdrojem výroby energie, v České republice nastává větší rozmach bioplynové technologie teprve nyní. Ačkoli má ČR dlouholetou tradici ve výzkumu, vývoji a provozování bioplynových stanic a ještě před několika lety patřila ke světové špičce, ve větším měřítku se tato technologie u nás nerozšířila. • Zvýšený zájem o technologii je patrný zejména u zemědělců, neboť se jedná o ekonomicky perspektivní způsob likvidace nebo hygienizace biologicky rozložitelných odpadů ze zemědělské výroby.

Další využití bioplynu • Stejně jako u jiných zdrojů lze při zpracování bioplynu využít kogenerace.(výroba tepla a elektřiny) • U většiny bioplynových stanic se používají pro kogeneraci naftové motory. Bioplyn se nečistí, a proto se k němu musí přidávat asi 8 % nafty kvůli mazání a chlazení. • Největší kogenerační stanice v Evropě využívající bioplyn je provozu ve Velkém Karlově poblíž Znojma.

Bioplyn z bioplynových stanic, ČOV a některých skládek je používán k výrobě: • tepla, • tepla a elektřiny (kogenerace) - toto je nejčastější případ, • tepla, elektřiny a chladu (trigenerace) - trigenerace je využívána jen výjimečně

rozmach v současnosti zažívají zejména zemědělské bioplynové stanice. Důvody jsou zřejmé. Pro bezproblémový a ekonomický provoz stanice je důležitý celoroční přísun vstupního materiálu, který zemědělství dokáže zajistit, neboť nejvíce zbytkové biomasy vzniká právě v tomto sektoru. Zemědělské bioplynové stanice

Metan 40-75 % Oxid uhličitý 25-55 % Vodní pára 0-10 % Dusík 0-5 % Kyslík 0-2 % Vodík 0-1 % Čpavek 0-1 % Sulfan0-1 % Energeticky hodnotný je v bioplynu metan a vodík. Problematickými jsou sirovodík a čpavek, které je často nutné před energetickým využitím bioplynu odstranit, aby nepůsobily agresivně na strojní zařízení Složení bioplynu

Sušení bioplynu • znamená odstranění vlhkosti z bioplynu. Provádí se kvůli prevenci koroze zařízení pro využívání bioplynu • Nepříliš hluboké sušení bioplynu je možné zabezpečit prostřednictvím tepelného čerpadla. Bioplyn je ve výměníku tepla ochlazen chladícím agregátem a odloučená voda (kondenzát) je z plynu odstraněna. Poté je plyn opět zahřát teplou částí chladícího agregátu. Tato technologie zabezpečí vzdálení vlhkosti biolynu od rosného bodu, je relativně jednoduchá, má nízkou spotřebu energie a ve většině případů je dostačující. • Hluboké sušení bioplynů je možné realizovat za pomoci tuhých sorbentů, jako je silikagel, nebo prostřednictvím kapalných sorbentů, kterými jsou zejména glykoly.

Dřevoplyn • Dřevoplyn může být využit k pohonu automobilů v běžných spalovacích motorech, k nimž je připojen zplyňovací generátor. Tento způsob využití byl rozšířený v některých evropských státech (včetně Česka) během druhé světové války, kdy ropa byla k dispozici pouze pro armádní účely. • Dřevoplyn lze použít i k vaření a vytápění nebo k výrobě elektřiny. • Oproti technologii z 40. let jsou dnešní generátory vybaveny elektronickými kontrolními systémy, takže nepotřebují stálý dohled. • Pro rozvod dřevoplynu existují dvě možnosti, za prvé jeho vyčištění a napojení na plynovody pro zemní plyn, nebo jeho zkapalnění pomocí Fischer-Tropschovy syntézy. • Vyčištění dřevoplynu od dehtových látek je nutné pro jeho použití ve spalovacích motorech. • Na druhé straně dehtové látky zvyšují výhřevnost plynu při jeho přímém spalování

Biomasa • Biomasa je souhrn látek tvořících těla organismů, a to jak rostlin, tak živočichů. Tímto pojmem je často označována rostlinná biomasa využitelná pro energetické účely. Energie má svůj prapůvod ve slunečním záření a fotosyntéze, proto je obnovitelný zdroj energie. • Celková hmotnost biomasy se stanovuje se vážením, popřípadě odhadem z objemu nebo délky těla. U čerstvě nalovených organismů se stanovuje živá nebo čerstvá biomasa. • Energetická hodnota biomasy se stanovuje buď spálením v joulometru, nebo na základě podílu proteinů, cukrů a tuků.

Ekologická definice biomasy • Ekologie definuje biomasu jako celkovou hmotu jedinců určitého druhu, skupiny druhů nebo všech druhů společenstva na určité ploše. U rostlin se vyjadřuje v hmotnosti sušiny, u živočichů také v čerstvé hmotnosti. U půdních a vodních organismů se vztahuje k objemu. • U rostlin se rozlišuje biomasa podzemní nebo nadzemní, biomasa živá nebo mrtvá.

Zdroje biomasy

Energetické využití biomasy • Rozeznáváme především zbytkovou (odpadní) biomasu - dřevní odpady z lesního hospodářství a celulózo-papírenského, dřevařského a nábytkářského průmyslu, rostlinné zbytky ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny, komunální bioodpad a odpady z potravinářského průmyslu - a cíleně pěstovano biomasu - energetické byliny a rychlerostoucí dřeviny. • Statková hnojiva jsou hnůj, hnojůvka, močůvka, kejda, sláma, jakož i jiné zbytky rostlinného původu vznikající zejména v zemědělské prvovýrobě, nejsou-li dále upravovány. • Zařízení, která produkuji z biomasy výrobky získávané obvykle pouze z ropy se nazývají biorafinérie.

Využití biomasy • Vzhledem k historickému vývoji využití biomasy, konkurenceschopnosti a vysoké efektivitě bylo 72,4 Mtoe (milion tun ropného ekvivalentu) využito k různým účelům: 66,8 % k produkci tepla, 30,5 % k produkci elektrické energie a 2,7 % k produkci biopaliv v dopravě. • Využití biomasy v členských státech EU se výrazně liší především v závislosti na výskytu biomasy, hustotě obyvatelstva, stupně rozvoje energetiky a efektivitě podpory. Lotyšsko následováno skandinávskými zeměmi má nejvyšší podíl využití biomasy, 29,78 % (= 4,4 Mtoe) z celkové spotřeby země. Francie vyprodukovala 11,92 Mtoe energie z biomasy, což je 16,5 % z celkové produkce energie z biomasy v EU, ale pouze 4,4 % z celkové spotřeby energie Francie

Využití biomasy je limitováno především dostupností půdy. Platí obecné pravidlo, že pro zajištění potravinových potřeb je požadováno 0,16 ha na osobu v EU. Celková rozloha orné půdy v Evropě je 108,75 mil. ha, což má poskytnout potraviny pro 489,4 mil obyvatel. Z toho vyplývá, že zůstává 30 mil. ha k dispozici např. pro pěstování energetických plodin. Tylo plochy se využívají k produkci potravin na export nebo se jedná o půdu uváděnou do klidu. Podle studie Evropské agentury životního prostředí bude potenciál biomasy v roce 2020 v EU 236 Mtoe. Toto číslo znamená značný potenciál rozvoje. Kromě zvýšení dostupnosti jednotlivých vnitřních zdrojů biomasy především z lesnictví a z využití odpadů se očekává také import.

Jaké jsou nejperspektivnější způsoby využití biomasy? • Využití energie biomasy je velmi různorodé. Do budoucna by se však biomasa měla využívat těmi nejefektivnějšími způsoby. Nejvyšší účinnosti lze dosáhnout při výrobě tepla, tedy více než 90 %. Z důvodů chybějící evropské podpory a bohužel také z důvodů chybějící podpory využití tepla v členských státech se tento sektor rozvíjí nejpomaleji. Kombinovaná výroba elektřiny a tepla má účinnost od 50 % do 90 % v závislosti na použité technologii. Tyto technologie jsou kvalitní a slibně se rozvíjejí. • Produkce kapalných biopaliv první generace (především bioethanol a methylester rostlinných olejů) má účinnost 55 – 60 % za dodržení optimálních podmínek. Je to do značné míry ovlivněno hektarovým výnosem plodin a způsobem pěstování. • Nejnižší účinnosti představuje výroba elektrické energie bez využití tepla. Obdobně nízkou účinnost vykazují také kapalná biopaliva druhé generace, ale technologie výroby se zatím vyvíjejí a lze očekávat výrazné zlepšení.

Předpoklad využití biomasy v roce 2010 Předpoklad využití biomasy v roce 2010

Specifikace biomasy jako paliva • Mezi biomasu rostlinného původu využitelnou k palivářským účelům počítáme zejména stébelnaté a dřevnaté materiály. • Dřevo bylo vždy tradičním zdrojem energie především v lesnatějších zemích. Vzhledem k pracnosti vytápění a nízké účinnosti tehdejších topenišť ustupovalo postupně topení dřívím jiným palivům. Obrat nastal v sedmdesátých letech, kdy se pozornost pod vlivem tzv. první energetické krize obrátila na obnovitelné zdroje energie - mezi nimi i na dřevo. Protože pálení fosilních paliv je produkováním CO2 (zařazovaného mezi "skleníkové plyny"), tj. jednou z možných příčin skleníkového efektu, urychlila se orientace na obnovitelné zdroje energie i celosvětovým prohloubením ekologického cítění. Při pálení biomasy - tedy i dříví - se do ovzduší uvolňuje jen takové množství CO2, jaké bylo do hmoty rostliny akumulováno fotosyntézou v období jejího růstu. Pálení biomasy má tedy "nulovou bilanci CO2". Je proto logické, že jednotlivé státy i mezinárodní organizace realizují rozsáhlé programy energetického využívání biomasy od pěstování "energetických trav" přes energetické využívání dřevních odpadů až po pěstování "energetických lesů".

Použitá literaturawww.biom.czwww.czrea.org/cswww.wikipedie.cz

ZDROJE ENERGIE V ZEMĚDĚLSTVÍ