Czy współspalanie to rzeczywiście zielona energia?
{więcej}Wątpliwości budzi już sama kwalifikacja współspalania biomasy z paliwami konwencjonalnymi do grupy odnawialnych źródeł energii – pisze dr inż. Ryszard Rabiega.
Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne w art. 3 pkt. 20 definiuje odnawialne źródło energii jako źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię wiatru, promieniowania słonecznego, geotermalną, fal, prądów i pływów morskich, spadku rzek oraz energię pozyskiwaną z biomasy. Tymczasem źródło jakim jest blok energetyczny napędzany jest mieszanką biomasy i paliwa konwencjonalnego. Wygląda na to, że mamy do czynienia z nadinterpretacja prawa.
Wprawdzie Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 18 października 2012 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii, wprowadza surowe obostrzenia dotyczące kontroli jakości spalanej biomasy, to jednak produkcja finalna energii elektycznej odbywa się z mieszaniny tych dwóch paliw, a nie z biomasy jak nakazuje ustawa.
Sztuczny podział wyprodukowanej energii na zieloną i czarną obarczony jest dużym błędem, wynikającym z różnorodności stosowanej przy współspalaniu biomasy, a także różnych właściwości fizykochemicznych biomasy i węgla. Biomasa drzewna zawiera duże ilości celulozy, co sprawia, że nawet bardzo rozdrobnione drewno posiada charakter włóknisty i proces spalania przebiega zupełnie inaczej niż pyłu węglowego. Słabością wspomnianego Rozporządzenia jest błędne założenie, że cała wprowadzona energia pierwotna, w postaci biomasy – oczywiście z uwzględnieniem współczynnika przemiany energii, zamienia się w energię elektryczną. Cały system kontroli opisany w Rozporządzeniu, skupia się na szacowaniu zawartej w biomasie energii. Zupełnie pominięty jest rezultat procesu spalania. Nie poddaje się żadnej analizie jaka część wprowadzonej do paleniska biomasy ulega spaleniu a jaka wydostaje się razem ze spalinami do atmosfery lub trafia do składowiska popiołu. Ubytek energii z tego powodu łatwo jest uzupełnić węglem, którego zawsze można „dosypać” poza jakąkolwiek kontrolą.
Wydaje się, że skuteczniejszą metodą kontroli procesu współspalania byłoby próbkowanie i dawkowanie węgla, a nie biomasy. Znając wartość energetyczną zużytego węgla oraz wielkość wyprodukowanej energii elektrycznej można w miarę precyzyjnie określić wielkość produkcji przypadającą na jednostkę zużytej biomasy. W ten sposób możnaby uniknąć skomplikowanego, kosztownego i mało precyzyjnego sposobu szacowania zawartości energetycznej biomasy. Pomijając aspekt finansowy procesu współspalania spróbujmy rozwikłać czy produkowana w ten sposób energia elektryczna to rzeczywiście zielona, a więc ekologiczna energia. Charakterystycznymi czynnikami biomasy drzewnej jest wartość opałowa w MJ/kg oraz zawartość wody w [%].
Wartość opałowa biomasy jest bardzo zróżnicowana i zależy głównie od gatunku drzewa. Ogólnie rzecz traktując, im twardsze drzewo tym wydajność opałowa jest wyższa. Np. dla grabu wynosi średnio 18 MJ/kg, a dla olchy 12 MJ/kg. Warto także zaznaczyć, że wydajność energetyczna dla tego samego gatunku drzewa będzie różna dla gałęzi, różna dla pnia i jeszcze inna dla kory. Wpływ na wydajność energetyczną ma także gleba oraz klimat. Jak widać ocena wydajności energetycznej biomasy poprzez próbkowanie nawet w cyklach dwugodzinowych jest obarczona sporym błędem. Wydajność opałową biomasy jeszcze bardziej różnicuje zawartość wilgoci, która może wahać się w granicach od kilku do kilkudziesięciu procent. Przyjmijmy dla naszej oceny, że wydajność opałowa biomasy wynosi 16 MJ/kg, a zawartość wilgoci 40 %. A zatem w 1 kg biomasy mamy 0,6 kg suchego drewna oraz 0,4 kg wody.
Pierwszym etapem procesu spalania jest osuszanie biomasy. Ciepło parowania wody w normalnych warunkach atmosferycznych wynosi 2500 kJ/kg. Dla odparowania 0,4 kg wody zostanie zużyte 2,5 x 0,4 = 1,0 MJ. Wartość energetyczna 0,6 kg suchej biomasy wyniesie 16 x 0,6 = 9,6 MJ, ale rzeczywista wydajność opałowa 1 kg biomasy, odliczając energię zużytą na odparowanie wody wyniesie 9,6 – 1,0 = 8,6 MJ.
Przy produkcji energii elektrycznej ze sprawnością przemiany energii 33 %, z 1 kg biomasy zostanie wyprodukowane 0,78 kWh energii elektrycznej, a na wyprodukowanie 1 kWh potrzeba będzie zużyć 1,28 kg biomasy. Dla porównania z węgla o kaloryczności 25 MJ/kg zostanie wyprodukowane 2,29 kWh energii. W przeliczeniu na 1 kWh zużycie węgla wyniesie 0,44 kg. Emisja CO2 przy spaleniu 1 kg węgla wyniesie przeciętnie 3,6 kg. Analogicznie spalając 1 kg suchej biomasy drzewnej emisja CO2 wyniesie 2,1 kg. Porównajmy zatem poziom emisji CO2 przy produkcji 1 kWh energii elektrycznej spalając węgiel i biomasę drzewną. Przy spaleniu 1,28 kg biomasy zawierającej 60% suchego drewna tj. 0,77 kg, emisja CO2 wyniesie:
0,77 x 2,1 = 1,62 kg, spalając natomiast równoważną ilość węgla, emisja CO2 osiągnie poziom 0,44 x 3,6 = 1,58 kg.
No cóż wynika z tego, że w procesie współspalania biomasy drzewnej produkowana energia elektryczna jest czarniejsza od czarnej o jakieś 2,5 %. W rzeczywistości obraz ten jest jeszcze gorszy – istnieje bowiem uzasadniona obawa, że wprowadzona do paleniska biomasa nie spala się w całości. W rozważaniach nie uwzględniono również faktu obniżenia sprawności przemiany energetycznej spowodowanej niższą kalorycznością zastosowanego paliwa. Nie można również podzielić poglądu, że biomasa pozyskiwana z polskich lasów to paliwo odnawialne, albowiem pochodzi ona z drzew 40 – 50 letnich. To stanowczo za długi okres dla właściwego bilansowania CO2.
Owszem wysezonowana (o niskiej zawartości wilgoci) biomasa drzewna nadaje się bardzo dobrze do produkcji ciepła, ale żadną miarą do produkcji energii elektrycznej. Ciekawe kogo w tej sytuacji oszukujemy – Unię Europejską, czy raczej siebie?
autor: dr inż. Ryszard Rabiega, Biopower, biopower.com.pl
