Prieskum dostupnosti biomasy v regióne

Dostatok a dostupnosť biomasy ako energetickej suroviny na jej využitie v sektore energetiky z aspektu dlhodobého horizontu je pre každý investičný zámer kardinálnou otázkou. Ani tá najdokonalejšia výrobná technológia sa nedá použiť pri výrobe akéhokoľvek produktu, ak sa základná surovina na vstupe nedodáva v požadovanej kvalite, množstve a za prijateľnú cenu. Biomasa sa v posledných rokoch dostáva z úrovne zaujímavej alternatívnej energetickej suroviny do úrovne atraktívnej až strategickej suroviny a následne aj akceptovaného paliva pre všetky typy užívateľov v priemyselnej i v komunálnej sfére. Tento článok sa snaží priblížiť problematiku biomasy v širšom kontexte ako len z pohľadu pestovania, resp. mapovania a získavania biomasy pre sektor energetiky.

Sektor energetiky
Čo je príčinou tohto neočakávaného záujmu o túto svojim spôsobom tradičnú energetickú surovinu (biomasu), ktorá sa teraz chápe ako obnoviteľný nosič energie (ONE)? Rozvoj energetiky – nielen v SR, ale aj v ostatných vyspelých krajinách – sa začína boriť s rôznymi problémami a obmedzeniami. Spotrebu primárnych energetických surovín a palív v rozvinutých krajinách sa stále nedarí nejako významnejšie znižovať. Fosílne palivá pritom tvoria rozhodujúci podiel na ich celkovej spo­trebe. Zásoby fosílnych palív, ale najmä ropy a zemného plynu – v prípade SR aj hnedého uhlia – sa však rýchlo míňajú. Dôsledkom toho je neustále rastúca dovozná závislosť od importu týchto strategických komodít z politicky a ekonomicky často nestabilných regiónov. Európa i členské krajiny EÚ majú limitované možnosti na hľadanie nových ložísk energetických surovín. ONE, predovšetkým biomasa, sú tak základnými, dá sa povedať domácimi, nosičmi energie do budúcnosti.

Ďalším dôvodom prečo sa stále viac hovorí o ONE, je snaha vyspelých krajín znižovať riziká klimatických zmien v dôsledku antropogénnych aktivít. Procesy v energetike sú zodpovedné za podstatnú časť emitovaných skleníkových plynov, a to najmä emisií oxidu uhličitého (CO₂). ONE sú svojou podstatou tzv. nefosílnymi nosičmi, to znamená, že pri ich použití nedochádza k emisii skleníkových plynov. V prípade použitia biomasy (napr. spaľovaním štiepok) sa v podstate do atmosféry uvoľňuje len také množstvo CO₂, ktoré sa z atmosféry odčerpalo na vytvorenie – rast biomasy pri fotosyntéze rastlín. Ďalším, a to veľmi podstatným faktom, ktorý podčiarkuje dôležitosť ONE a predovšetkým biomasy, je snaha využiť časť pôdy (ktorá sa doteraz využívala na klasickú poľnohospodársku produkciu, vrátane spustnutej pôdy) na pestovanie energetických plodín a produkciu tzv. energetickej biomasy. To by na jednej strane umožnilo riešiť súčasný problém všeobecnej nadprodukcie niektorých poľnohospodárskych komodít, a na druhej strane nájsť nové východiská a nové typy aktivít pre poľnohospodárske oblasti. S tým potom súvisí aj vytváranie nových pracovných príležitostí – stabilizácia obyvateľstva na vidieku a zvyšovanie energetickej nezávislosti týchto oblastí a regiónov. Hovorí sa (samozrejme, s určitou mierou zveličovania), že problematika ONE sa dá zjednodušiť na problematiku biomasy – pestovanie a získavanie biomasy ako suroviny pre sektor energetiky a následné využitie biopalív tak v priemyselných energetických zariadeniach, ako aj v zariadeniach v komunálnej sfére. Skutočnosť je ale taká, že v horizonte niekoľkých desaťročí sa na Slovensku aj v EÚ považuje biomasa za dominantný obnoviteľný nosič energie. Štátna energetická koncepcia SR a priamo dokument Akčného plánu využívania biomasy na roky 2008 až 2013 hovorí, že biomasa má technický potenciál 120 PJ, čo v podmienkach SR predstavuje 15 % z hrubej domácej spotreby energie (celkovej ročnej spotreby energie SR).

Významu a hospodárskemu potenciálu biomasy sa v Slovenskom hospodárstve dodnes nevenovala adekvátna pozornosť. Potenciál biomasy dosahuje ročne produkciu v energetickom vyjadrení 147 PJ, čo v korunovom prepočte len cez teplo (500 Sk . GJ-1) predstavuje čiastku 57,1 miliárd Sk bez DPH. Energetický potenciál biomasy je ekvivalentný 2,8 miliónom ton ropy ročne, respektíve 3,36 miliardám m3 zemného plynu za rok. V roku 2007 predstavovalo  2,8 miliónov ton ropy finančnú čiastku vo výške asi 46,1 miliárd Sk. Množstvo disponibilnej energie v biomase možno porovnať s množstvom energie vyrobenej tromi jadrovými reaktormi s inštalovaným elektrickým výkonom 440 MW. K dispozícii je surovina, ktorá sa doteraz nevyužívala, ale bola a je skôr problémová aj vo vzťahu k životnému prostrediu.

Biomasa sa stáva strategickou surovinou napriek tomu, že v súčasnosti zohráva minoritnú rolu a jej potenciál predstavuje asi 18 % z celkovej vyprodukovanej energie na území Slovenska. Širšie využívanie biomasy pre teplárenstvo, energetiku a výrobu palív je v súlade so zámermi znižovania energetickej závislosti a najmä diverzifikácie energetických zdrojov. Nezanedbateľný význam pri využívaní biomasy má znižovanie exhalátov CO₂, pričom sa predpokladá zníženie emisie skleníkových plynov až o 20 % do roku 2020 v EÚ. Z ťažiskového hľadiska slovenského pôdohospodárstva treba bio­masu považovať za významný prostriedok, ktorý umožňuje zvýšenie konkurencieschopnosti produktov agrárneho sektora, pričom synergicky rieši dôležité oblasti národného hospodárstva, ako je napríklad znižovanie nezamestnanosti, revitalizáciu vidieka, udržateľný rozvoj vidieka, zvyšovanie príjmov poľnohospodárov a zvyšovanie kvality životného prostredia.

Bioenergetika
Niet pochýb o tom, že na celom svete neustále rastie záujem o využívanie biomasy v sektore energetiky. Energetika na báze biomasy (alebo modernejšie bioenergetika) sa dnes podporuje už v mnohých krajinách ako nový vedný odbor, ktorý sa rozvíja mimoriadne dynamicky. Investície do výskumu a vývoja bioenergetických technológií a nadväzujúcich oblastí sú základnou podmienkou schopnosti reagovať na meniace sa ekonomické a environmentálne podmienky nielen vo svete, ale najmä v Európe. Správnosť týchto úvah už dávnejšie potvrdili hmatateľné výsledky a úspechy, ktoré zaznamenala bioenergetika v Škandinávii. Švédsko či Fínsko sú v rozvoji tejto vednej disciplíny naozaj dominantné. Slovensko by v bioenergetike so svojimi prírodnými podmienkami (s viac ako 42 % lesnatosťou a s 35 % poľnohospodársky využívanou plochou) jednoznačne mohlo zastávať jedno z popredných miest v Európe, prípadne vo svete. Treba však rozumne investovať do výskumu a technologického vývoja v oblasti bio­energetiky už dnes.

Biomasa a jej potenciálne využiteľné množstvo sú v mnohých krajinách rozhodne najväčšou motiváciou v súčasnom rozvoji bioenergetiky a vývoja rozličných technológií, ktoré umožňujú rapídny nárast energetického využitia biomasy. To je tiež v súlade aj s prognózami rozvoja svetovej energetiky v tomto storočí, ktoré predpokladá Svetová energetická rada (WEC – World Energy Council). Horná hranica energetického využitia biomasy vychádza výhradne zo súčasných technických, ekonomických a environmentálnych možností. Veľmi dôležitý je aj sociálny aspekt, čo možno vidieť zo  schémy na obr. 1. Aby bol zámer energetických plantáží na produkciu biomasy stabilný, musí sa chápať komplexne.

Biomasa ako nosič energie
Pod pojmom biomasa rozumieme v širšom slova zmysle hmotu všetkých organizmov na Zemi. Zahrňuje jednak ich telesné schránky, ako aj živé či neživé produkty ich činnosti (obaly, exkrementy, semená, vlastnú masu – drevo, slamu, byliny a iné). Existuje celý rad termínov pre rôzne formy biomasy podľa jej pôvodu, príp. podľa spôsobu vzniku, ako napr. fytomasa (jedno a viacročné rastliny – byliny, obilniny), zoomasa (živé organizmy – zvieratá), dendromasa (dreviny – stromy). Teoreticky možno všetky formy biomasy využiť ako energetickú surovinu pre sektor energetiky, pretože základným stavebným prvkom živej hmoty je uhlík (C) a uhlíková väzba, ktorá obsahuje energiu. Je len technickou otázkou ako tento potenciál využiť a či je to ekonomicky výhodné.

Základným zdrojom biomasy sú rastliny, ktoré sú schopné využitím svetelnej energie zachytenej v zelenom farbive chlorofylu produkovať z vody a CO₂ glukózu, sacharidy a následne bielkoviny. Tie sú základným stavebným kameňom všetkých živých rastlín a organizmov, a teda aj biomasy. Táto reakcia – proces nazývaný fotosyntéza – je syntézou atmosférického CO₂ a vody za pomoci energie slnečného žiarenia.
Biomasa je najstarším používaným palivom ľudstva a doteraz je významným nosičom energie v celosvetovom meradle. Jej podiel na energetickej bilancii ľudstva sa podľa aktuálnych odhadov pohybuje okolo 16 %. V 15 krajinách EÚ je podiel biomasy iba 6,3 %, ale v niektorých krajinách (alebo v ich regiónoch) je podiel biomasy veľmi významný, ako napr. v krajinách Škandinávie, ale aj na vidieku v Bavorsku, Tyrolsku či v Slovinsku (20 až 35 %). Od ropnej krízy v rokoch 1971 až 1973, a najmä v posledných 15 rokoch, dochádza v krajinách EÚ, ale aj v mnohých oblastiach sveta k renesancii využitia dreva a rôznych foriem biomasy. Jedným z významných prínosov tohto trendu je skutočnosť, že sa do procesu pestovania, spracovania a využitia biomasy úspešne zapájajú progresívne technológie a metódy, ktoré zvyšujú účinnosť využitia energetického obsahu biomasy a biopalív. Takto sa znižujú riziká a potenciálne negatívne vplyvy konverzie biomasy na požadované formy energie, suroviny a polotovary (napr. emisie NOx, POP, Cl). Ďalším významným trendom začína byť medzinárodný obchod s biopalivami. Propagujú ho krajiny s veľkými cieľmi v znižovaní skleníkových plynov, ale s obmedzenými možnosťami vo využití biomasy (napr. Holandsko), a súčasne krajiny s potenciálnou nadprodukciu reziduálnej biomasy (napr. Brazília). Príkladom môže byť projekt rotterdamského prístavu na výstavbu veľkokapacitnej biorafinérie, ktorá bude spracovávať veľké množstvá biomasy z východnej Európy, Ruskej federácie, ale aj z Brazílie či Kanady na koncentrované tuhé, príp. kvapalné biopalivá. V krajinách EÚ má rozvoj využitia biomasy aj politickú dimenziu a podporuje sa nielen Komisiou EÚ, ale aj širokým spektrom podnikateľských, záujmových a profesionálnych skupín.

Dôvodmi tejto širokej podpory sú mnohostranné pozitívne efekty, ktoré prinášajú jej racionálny rozvoj. Za hlavné prínosy sa považujú:

• využitie poľnohospodárskej pôdy na nepotravinársku produkciu (zníženie prebytku potravín) a zabezpečenie mimoprodukčných funkcií poľnohospodárstva v týchto oblastiach;
• ekonomická podpora vidieka a osamelých osád (posilnenie miestnej ekonomiky, vytváranie pracovných príležitostí – peniaze za palivá a energiu zostávajú v regióne, prichádzajúce investície do nových technológií);
• zníženie znečistenia ovzdušia náhradou fosílnych palív (zníženie pokút za emisie, splnenie medzinárodných dohôd);
• strategické zníženie závislosti EÚ od dovozu fosílnych palív (60 %) a zlepšenie obchodnej bilancie krajín EÚ;
• rozvoj odvetví na špičkovú úroveň a možnosť uplatnenia technológií v exporte.

Biomasa ako surovina
Rôzne formy biomasy sa postupne stávajú žiadanou surovinou pre priemysel, napr. na výrobu bioplastov (už sa uplatňuje v automobilovom priemysle) alebo stavebných prvkov (napr. výroba lisovanej stavebnej dosky z drevných štiepok a zo slamy). Predpokladá sa významný rozvoj využitia cielene pestovanej biomasy energetických plodín na veľkokapacitnú produkciu kvapalných biopalív (napr. bioetanolu, bionafty, ETBE, kvapalného bioplynu), ktorých cieľom je dosiahnuť podobných tržných úspechov, aké dosiahol naftársky priemysel na báze ropy. Tento trend veľkokapacitných riešení, ktorý bol úspešný napr. v Brazílii (bioetanol z cukrovej trstiny, bagasy), zodpovedá veľkosti severoamerického trhu a umožnil by zvýšiť ekonomickú efektivitu výroby kvapalných biopalív. Výskum sa v poslednom čase zameriava na využitie biomasy na produkciu kvapalných biopalív, napr. cez tzv. bleskovú pyrolýzu a ako zdroj vodíka pre palivové články. Niektoré z týchto oblastí môžu byť v budúcnosti významným a ekonomicky zaujímavým odberateľom biomasy aj od slovenských pestovateľov.

Tab. 1 Obsah niektorých prvkov v biomase (%)

Biomasa ako tuhé biopalivo
V súčasnosti sa na spaľovanie hodí najmä drevná biomasa (dendromasa) z rôznych drevín, príp. aj obilná slama a energetické plodiny (fytomasa). Je zaujímavé, že fytomasa z rôznych druhov plodín a kultivarov má v suchom stave veľmi podobné chemické zloženie. Tvorí ju približne 44 až 48 % uhlíka, 44 % kyslíka a 5,5 až 6,5 % vodíka (tab. 1). Z tohto faktu tiež vyplýva skutočnosť, že spaľovacie teplo fytomasy rôznych plodín je skoro rovnaké, obyčajne sa pohybuje medzi 17,5 až 19,50 MJ . kg-1 v celkom suchom stave, teda v sušine (tab. 2). Veľkou prednosťou biopalív pri porovnaní s hnedým uhlím je, že až na minimálne výnimky neobsahujú síru a ich spaľovanie teda nie je zdrojom SO₂. Obsah popola v biomase je zvyčajne veľmi nízky (pri dreve sa hodnoty pohybujú v priemere okolo 1 %), ale jeho podiel najmä pri bylinných rastlinách môže byť nezvyčajne vysoký (napr. 20 % – láskavec, 25 % – ryža).

Výhrevnosť biomasy významne závisí od obsahu vody (relatívnej vlhkosti). Relatívna vlhkosť biomasy sa v praxi pohybuje v širokom rozsahu od 10 do 70 %. Výhrevnosť biopaliva s nárastom relatívnej vlhkosti klesá, avšak zvyšovanie obsahu vody zväčšuje jeho hustotu.

Tab. 2 Spaľovacie teplo vybraných plodín	Tab. 3 Výhrevnosť vybraných palív
	* odporúčaná vlhkosť biomasy na spaľovanie ** v MJ . Nm-3

V tab. 3 možno vidieť vplyv relatívnej vlhkosti na výhrevnosť biomasy a príklad výhrevnosti rôznych palív používaných v súčasnosti. Z uvedených hodnôt je zrejmé, že výhrevnosť biomasy (vo forme štiepok) je približne rovnaká ako je výhrevnosť hnedého uhlia.

prof. Ing. Jozef Víglaský, CSc.
Foto: archív autora

Autor pôsobí na Katedre environmentálnej techniky Fakulty environmentálnej a výrobnej techniky TU vo Zvolene.

Článok vznikol s podporou Komisie EÚ – projekt číslo 012429 – BIOPROS „Riešenia pre bezpečné použitie odpadových vôd a kalov pre vysoko efektívne pestovanie plantáží rýchlorastúcich drevín“, SK-BIOM. 2005 – 2008.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik.