ZGAZOWANA BIOMASA ZAMIAST GAZU ZIEMNEGO?

Zagro¿enia zwi±zane z ocieplaniem klimatu wywieraj± rosn±cy wp³yw na politykê energetyczn± wysokorozwiniêtych krajów. W niektórych z nich, zw³aszcza w USA i Europie Zachodniej, wykorzystanie odnawialnych ¼róde³ energii zaczyna odgrywaæ coraz istotniejsz± rolê. Obok energetyki wiatrowej, która rozwija siê najszybciej z wszystkich niekonwencjonalnych sposobów wytwarzania energii, wzrasta tak¿e znaczenie biomasy – odnawialnych paliw organicznych pod postaci± odpadów drewna i innych organicznych odpadów przemys³owych, rolniczych oraz komunalnych. Chocia¿ te ró¿norodne odpady stanowi± istotne ¼ród³o dla energetyki niekonwencjonalnej, to jednak przysz³o¶ci wykorzystania biomasy nale¿y upatrywaæ w utylizacji ro¶lin o szybkim przyro¶cie masy; takich jak trzcina cukrowa, rzepak, tropikalne trawy, wierzby i inne produkty gospodarki le¶nej.

Obecnie udzia³ biomasy w zaspokajaniu potrzeb energetycznych ¶wiata siêga 13% i odpowiada zu¿yciu oko³o 1,2 mld ton ropy naftowej. W krajach europejskich wykorzystanie biomasy przewy¿sza wszystkie pozosta³e odnawialne ¼ród³a energii. Wed³ug za³o¿eñ Unii Europejskiej, w 2010 r. poziom utylizacji biomasy w krajach cz³onkowskich osi±gnie warto¶æ równowa¿n± 135 mln ton ropy. Na razie jednak paliwa te pokrywaj± zaledwie 3% zapotrzebowania energetycznego najbardziej uprzemys³owionych pañstw ¶wiata. Natomiast tradycyjnie znacznie wiêksz± rolê odgrywa biomasa w krajach rozwijaj±cych siê. Ostro¿ne prognozy dla ¶wiata zak³adaj± wzrost mocy uzyskiwanej z biomasy do 207 GW w 2025 r. Realizacja tego celu nie bêdzie mo¿liwa bez dalekowzrocznej strategii rozwoju energetyki, wspieranej odpowiednimi przepisami, bod¼cami finansowymi i oczywi¶cie badaniami naukowymi.

Wykorzystanie biomasy do produkcji energii rozpoczê³o siê najwcze¶niej w zak³adach przemys³u celulozowo-papierniczego, gdzie od dawna w kot³ach rusztowych spalano mieszaniny biomasy i innych odpadów. W latach 60. i 70. konieczno¶æ poprawy spalania najmniej warto¶ciowych paliw, w tym biomasy o niskiej kaloryczno¶ci i wysokiej zawarto¶ci wilgoci, wymusi³a rozwój i wdro¿enie technologii stacjonarnego z³o¿a fluidalnego (BFB – bubbling fluidized bed) i cyrkuluj±cego z³o¿a fluidalnego (CFB – circulating fluidized bed).

Chocia¿ najnowsze kot³y z cyrkuluj±cym z³o¿em fluidalnym osi±gaj± ju¿ moc rzêdu 400 MW, to zdecydowana wiêkszo¶æ instalacji na bazie biomasy nie przekracza poziomu 50 MW. Przyczyn± tego jest konieczno¶æ lokalnego zaopatrywania kot³a w biomasê, gdy¿ transport z dalszej odleg³o¶ci powodowa³by jej utylizacjê nieop³acaln± i/lub niedopuszczaln± ze wzglêdów ekologicznych. W Europie kot³y opalane biomas± zaopatrywane s± ze ¼róde³ po³o¿onych w promieniu 50 km.

W przemy¶le celulozowo-papierniczym technologia BFB jest stosowana dla spalania odpadów drewna i kory w niewielkich elektrociep³owniach. W wiêkszych zak³adach przewa¿aj± kot³y CFB, które zapewniaj± ni¿sz± emisjê zanieczyszczeñ, wy¿sze moce oraz mo¿liwo¶æ spalania ró¿nych paliw. ¦wiatowym pionierem i zarazem liderem w rozwoju obydwu technologii jest firma Foster Wheeler. W wielu krajach pracuje ponad 300 kot³ów tego wytwórcy, przy czym najwiêkszy z dotychczas uruchomionych posiada moc 235 MW, za¶ w budowie jest instalacja o mocy 300 MW. Wy¿szym mocom nowych jednostek towarzysz± coraz lepsze wska¼niki techniczno-ekonomiczne spe³niaj±ce rygorystyczne wymagania ochrony ¶rodowiska.

Powszechnym trendem w wykorzystaniu biomasy sta³o siê jednoczesne jej spalanie wraz z innymi paliwami w wielkich kot³ach zarówno rusztowych jak i py³owych. W kot³ach py³owych stosowane s± dwie odmienne metody. Pierwsza polega na spalaniu zmielonej mieszaniny wêgla i biomasy, której udzia³ nie przekracza jednak 5%. Inny sposób to wprowadzenie do komory paleniskowej oddzielnych strumieni py³u wêglowego i odpowiednio przygotowanej biomasy, przy czym jej zawarto¶æ mo¿e przekraczaæ 10%.

Znaczny wzrost cen ropy na pocz±tku lat 80. przyspieszy³ rozwój technologii CFB w kierunku wykorzystania zgazowania biomasy, co umo¿liwi³o zast±pienie drogich paliw naftowych tanimi odpadami. W 1983 r. Foster Wheeler dostarczy³ do fiñskiej fabryki celulozy pierwszy kocio³ z cyrkuluj±cym z³o¿em fluidalnym, zasilany gor±cym, niskokalorycznym gazem z biomasy. Nastêpne kot³y, oparte na tym rozwi±zaniu uruchomiono w podobnych zak³adach w Szwecji i Portugalii.

Mimo niew±tpliwego sukcesu technicznego, dalszy rozwój tych urz±dzeñ uleg³ zahamowaniu wskutek spadku cen ropy i gazu. Dopiero w po³owie lat 90. od¿y³o zainteresowanie t± nieco zapomnian± ju¿ technologi±, gdy Foster Wheeler Energia przyst±pi³, w ramach programu finansowanego przez Uniê Europejsk±, do realizacji kot³a opalanego biomas± w elektrociep³owni w pobli¿u Lahti (Finlandia). Uruchomiony w 1998 r. kocio³ CFB z uk³adem zgazowania sk³ada siê z reaktora i cyklonu, który powoduje zawrócenie cyrkuluj±cych cz±stek na dno reaktora. Gor±cy gaz z cyklonu uchodzi do kot³a wêglowego przep³ywaj±c po drodze przez podgrzewacz powietrza, które wlatuje z du¿± prêdko¶ci± przez uk³ad rozdzielczy do podstawy reaktora. Strumieñ ten powoduje porwanie wspomnianych cz±stek do cyklonu. Dolna czê¶æ reaktora zasilana jest strumieniem paliwa zawieraj±cego py³ drzewny wraz z kor± oraz posortowane odpady komunalne i przemys³owe zawieraj±ce 39-78% czê¶ci palnych, 20-60% wilgoci, lecz nie wiêcej ni¿ 2% popio³u. Takie rozwi±zanie zapewnia uzyskanie temperatury zgazowania w granicach 800-1000 stopni C. Cz±stki paliwa zostaj± w reaktorze wysuszone, a nastêpnie - w drodze pirolizy - ulegaj± zamianie na gazy, substancje zwêglone i smoliste. W trakcie z³o¿onych reakcji powstaje palny gaz, za¶ cz±stki sta³e zostaj± ze strumienia gazowego wydzielone w cyklonie i zawrócone do z³o¿a fluidalnego. W powy¿szej instalacji reaktor o mocy 70 MW zasila gazem kocio³ wêglowy o ³±cznej mocy 360 MW. Omawiany uk³ad wykorzystano do ogrzewania Lahti o szczytowym poborze mocy cieplnej 240 MW.

Chocia¿ ekologicznie „czyste” instalacje ze zgazowaniem biomasy przesz³y pomy¶lnie próby w skali przemys³owej, to jednak - wskutek braku odpowiedniej polityki energetycznej i pomocy finansowej - nadal pozostaj± niekonkurencyjne ekonomicznie dla obecnie stosowanej zintegrowanej technologii turbiny gazowej i parowej ze zgazowaniem (IGCC). Jednak twórcy nowej technologii uwa¿aj±, ¿e zgazowanie biomasy sta³o siê atrakcyjn± alternatyw± przy modernizacji istniej±cych kot³ów umo¿liwiaj±c wyeliminowanie kosztownego gazu ziemnego.

¬ród³o: www.ekoenergia.pl