Universitatea Politehnica BucurestiFacultatea EnergeticaDisciplina Surse Regenerabile de Energie

Metode de producere a energiei din biomasa

Studenti : Cherascu Liviu Donciu Dan Munteanu Andrei

Biomasa cuprinde toate formele de material vegetal i animal, crescute pe suprafaa terestr, n ap sau pe ap, precum i substanele produse prin dezvoltarea biologic.Termenul de biomas se aplic masei de substan generat prin dezvoltarea organismelor vii, fie ele microorganisme, plante sau animale. Termenul include, de asemenea, produsele agricole, deeurile rezultate din agricultur sau de la prelucrarea recoltei agricole, inclusiv paiele de cereale, deeuri forestiere, menajere etc.Pentru orice cultur agricol sau asociaie de vegetaie natural, patru factori determin productivitatea net sau creterea net a biomasei: cantitatea de energie solar incident; proporia din aceast energie interceptat de organele verzi ale plantei; eficiena conversiei fotosintetice n biomas a energiei interceptate; pierderile de biomas prin respiraie.Speciile vegetale terestre difer mult n privina randamentului conversiei energiei solare si al produciei de biomasa. Potenialul acestor specii este evaluat n zona temperat, la 20-30 t biomas uscat/ha/an, dar valorile sunt realizabile numai de cele mai productive specii i n condiii de mediu foarte favorabile. Pajitile naturale produc n medie 4,5 t biomasa uscata/ha/an, iar la unele plante din flora spontana se ajunge la valori de 9-14,1 t/ha/an.Dintre culturile agricole, culturile pentru boabe si cele furajere se caracterizeaz printr-un potenial de 21-24 t biomas uscat/ha/an; n exploataiile agricole obinuite aceste plante asigur, n medie, 5 t boabe/ha/an sau, respectiv, 12,5 t biomas uscat/ha/an.Productivitatea energetic a principalelor soiuri de plante cultivate n acest scop este prezentat n tabelul de mai jos.

Producia de materie uscat [t/ha] CulturaProducia echivalent de petrol [l/ha]

30miscanthus, sorg, sorg dulce, stuf 12.000

20mazre, floarea-soarelui, cnep, cereale, papur, salcie, plop, eucalipt 8.000

10rapi, hric, salcm 1.000

Tabel 1.: Producia de materie uscat

La arbori, productivitatea primar este estimat n medie la 8,6 t/ha/an, speciile forestiere foioase (cu frunz cztoare) din zona temperat pot produce circa 12 t/ha/an, iar coniferele 15-18 t/ha/an. n zona temperat, o pdure de stejar sau de fag n vrsta de 120 de ani reprezint o biomas evaluat la 275 t substan uscat/ha. Plantaile forestiere intensive asigur, n prezent, unele dintre cele mai mari producii de biomasa (36-40 t/ha/an).Clasificri ale biomasei:Resursele de biomas care pot fi folosite pentru producerea de energie sunt foarte diverse. O clasificare poate fi fcut din punct de vedere al reziduurilor (deeurilor) primare, secundare i biomasa care este special cultivat pentru scopuri energetice:Reziduurile primare sunt produse din plante sau din produse forestiere. Astfel de biomas este disponibil "n cmp" i trebuie colectat pentru utilizarea ei ulterioar.Reziduurile secundare devin disponibile dup ce un produs din biomas a fost folosit. Reprezint diferite deeuri, care variaz din punct de vedere al fraciei organice, incluznd deeuri menajere, deeuri lemnoase, deeuri de la tratarea apelor uzate, etc.

Deeurile forestiere includ deeuri care nu mai pot fi folosite, copaci imperfeci din punct de vedere comercial, copaci uscai i ali copaci care nu pot fi valorificai i trebuie tiai pentru a cura pdurea.Culturile cu scopuri energetice: copaci cu viteza mare de cretere: plopul, salcia, eucaliptul; culturile agricole: trestia de zahr, rapia, sfecla de zahr; culturi perene: miscanthus; plante erbacee cu viteza mare de cretere: Switchgrass sau Panicum virgatum (o plant peren ce crete n America de Nord), Miscanthus sau iarba elefant (iarba de Uganda).Exist un potenial mare de biomas ce poate fi i mai mult mrit printr-o utilizare mai bun a resurselor existente i prin creterea productivitii culturilor.Conversia biomaseiExceptnd cazurile n care arderea direct este potrivit, biomasa brut necesit transformarea n combustibili solizi, lichizi sau gazoi care pot fi folosii pentru producerea de cldur, electricitate i drept combustibil pentru autovehicule. Aceast conversie se realizeaz prin procese mecanice, termice sau biologice.Procesele mecanice nu sunt strict de transformare deoarece ele nu schimb natura biomasei. Exemple de astfel de procese sunt: sortarea i compactarea deeurilor, procesarea reziduurilor de lemn n baloi, pelete i brichete, tocarea paielor i cocenilor, presarea seminelor oleagenoase. Astfel de procese sunt folosite pentru pretratarea biomasei.Arderea, gazificarea i piroliza sunt exemple de procese termice. Ele produc, fie cldur, fie un gaz sau lichid. Gazul poate fi folosit pentru alimentarea unui motor sau a unei pile de combustie. Lichidul poate fi transformat mai departe n combustibili lichizi sau gazoi.Fermentaia i digestia sunt exemple de procese biologice. Acestea se bazeaz pe activitatea microbian sau enzimatic de transformare a zahrului n etanol, sau a biomasei n combustibili solizi sau gazoi. n figura de mai jos sunt schematizate principalele directii de conversie a biomasei.

Figura 1: Caile de conversie a biomaseiProcese biochimice de conversie a biomaseiPrincipalele procese biochimice de conversie a biomasei sunt fermentaia i digestia anaerobDigestia anaerob (AD) este un proces ce are loc n absena oxigenului, prin care o populaie mixt de bacterii catalizeaz scindarea polimerilor din materia organic cu formarea unui gaz, numit biogaz, coninnd n principal metan i dioxid de carbon i mici cantiti de amoniac, hidrogen sulfurat i mercaptani ce sunt corozivi, otrvitori i au miros pronunat.

Biogazul are un coninut energetic de circa 22.000 kJ/m3, deci este un gaz de calitate medie.Pentru producerea biogazului prin digestie anaerob se poate folosi nmolul provenit de la tratarea apelor uzate, iarba i orice cultur agricol, blegar i deeuri agricole i alimentare, inclusiv cele de la abatoare, restaurante, magazine alimentare i deeurile din industria farmaceutic. Biogazul mai poate fi extras de la rampele de gunoi, unde acesta se formeaz spontan i dac nu este colectat poate provoca probleme de mediu pentru ca este un gaz cu puternic efect de ser. n figura trei este prezentat producia de biogaz care se poate obine din diferite tipuri de materiale.Beneficiile de mediu rezultate prin nlocuirea benzinei i a motorinei cu biogaz sunt considerabile. Pentru a fi injectat n conductele de gaz natural sau folosit la autovehicule este necesar nlturarea dioxidului de carbon din biogaz. Prin spalare cu jet de ap se elimina CO2 pana la 90%. Aceasta permite obinerea biometanului sub presiune din biogaz ce poate fi folosit la autovehicule.

Figura 2 Circuitul sustenabil al biogazului provenit din procesul AD

Figura 3 Producia de biogaz din diferite materiale

Figura 4. : Potentialul de biomasa din culturi agricole al Romaniei

Figura 5: Potentialul energetic disponibil judetul Maramure

Maramure, potenialul nsumeaz 2062 TJ, din care 71,29% din agricultur si 28,71% din industria forestier.Fondul forestier al judeului Maramure la data de 31.12.2010 este de 265784 ha, reprezentnd cca. 42% din suprafa i cuprinde pduri, pepiniere, drumuri, terenuri de administrare. Din aceast suprafa 17000 ha sunt administrate de ocoale silvice private i 16856 ha sunt complet neadministrate (proprietari persoane fizice).Direcia Silvic Maramure administreaz n total 214704 ha pdure, astfel: 145.509 ha - n proprietatea statului, din care: 12.943 ha pdure de cmpie 54.254 ha pdure de deal 78.312 ha pdure montan69.195 ha - n proprietate privat, din care: 39.420 ha aparine oraelor i comunelor 11.134 ha aparine proprietari privai 18.640 ha aparine diveri proprietari

Din suprafaa total 59% reprezint pduri de protecie (pentru ape, teren, pduri cu scop de agrement) i 41% reprezint pduri de protecie i producie. Drumurile forestiere nsumeaz doar 1.570 km iar calea ferat forestier 54 km.n judeul Maramure exist a doua arie protejat ca suprafa din Romnia. Dup Delta Dunrii, Parcul Naional Munii Maramureului se ntinde pe o suprafa de 133000 ha, reprezentnd cca. 21% din suprafaa judeului, din care 80000 ha pdure.Modul de calcul utilizat la fiele energetice ale localitilor pentru estimarea potenialul din biomasLa nivel de biomas s-au evaluat sursele din care poate s previn biomasa la nivelul fiecarei localiti n parte.Pentru calculul de stabilire a potenialului de biomas s-au luat n considerare urmtoarele surse:Biomasa obinut din deeuri menajere urbane i ruralePentru cantitii de deeuri menajere s-a avut n vedere numrul de locuitori ai fiecrei localiti n parte. n funcie de zon, cantitatea zilnic de deeuri pe cap de locuitor variaz de la 0,4 kg/locuitor/zi n mediul rural la 0,9 kg/locuitor/zi n mediul urban.Din totalul de deeuri menajere colectate doar 46% reprezint deeurile organice valorificabile sub form de biomas.Biomasa obinut de pe suprafee forestiereSuprafeele forestiere reprezint o surs major de biomas. Biomasa forestier poate fi folosit n numeroase moduri pentru obinerea n special a energiei termice. Evaluarea poteialului de biomas forestier la nivel de localitate s-a fcut prin evidenierea suprafeelor mpdurite disponibile la nivel de localitate, care prin respectarea normelor silvice pot fi valorificate pentru obinerea de energie n mod sustenabil.Biomas obinut din producia agricolEvaluarea resursei de biomas de pe suprafeele agricole din domeniul public al fiecrei localiti s-a fcut prin evidenierea suprafeelor disponibile. Aceste suprafee pot fi valorificate difereniat n funcie de caracteristicile locale. Cuantificarea produciei de energie pe suprafaa de teren poate varia n funcie de utilizarea terenului i de tipul de biomas care se cultiv pe acesta.Pentru determinarea cantitilor de biomas provenit din deeuri i a suprafeelor utilizabile pentru producia de biomas la nivelul domeniului public al judeului Maramure s-au nsumat valorile obinute pentru fiecare localitate n parte.Bibliografie: http://www.amemm.ro/ www.wikipedia.com http://www.ecohightech.ro/