Drvna biomasa: Obnovljivi izvor energije - pbf.unizg.hrbiomasa+Obnovljivi+izvor+energije.pdf ·...
Transcript of Drvna biomasa: Obnovljivi izvor energije - pbf.unizg.hrbiomasa+Obnovljivi+izvor+energije.pdf ·...
Drvna biomasa:Obnovljivi izvor energije
Drvna biomasa:Obnovljivi izvor energije
Pripremila: Nives Kajba
Modul: Odabrana poglavlja zelene kemijeAk. god. 2008./2009.Koordinator modula: dr. sc. M. Jukić, doc.
Što je drvna biomasa?Što je drvna biomasa?
� Drvna biomasa je organska tvar
nastala u šumskom ekosustavu, a čine je drveće i grmlje koje se
koristi za mehaničku i kemijsku preradu, te kao ogrjevno drvo
� Klasičnim načinom iskorištavanja šuma koristi se drvo debala,
krošanja i grana čime se iskoristi oko 70% drvne biomase i otvara
se pitanje što sa onih ostalih 30%
Što sa ostalih 30%?Što sa ostalih 30%?
�Drvni ostaci koji se ne iskoriste u drvnoj industriji mogu poslužiti kao izvor
energije
�Uz današnje ubrzano iscrpljivanje fosilnih izvora energije, izgradnja
elektrane na drvnu biomasu isplativija je
od one na ugljen ili plin
Što sa ostalih 30%?Što sa ostalih 30%?
• Za proizvodnju plinova:
- Bio-SNG (Green Natural Gas) koji se
u osnovi sastoji od metana
- Syngas, koji se sastoji od ugljikovog monoksida i vodika te se koristi za
proizvodnju sekundarnih biogoriva kao
što je Fischer-Tropsch diesel
Što sa ostalih 30%?Što sa ostalih 30%?
� Za proizvodnju bioetanola za gorivo:
- npr. Gasohol koji se koristi u Brazilu (oko 25% etanola u benzinu)
- E-85 (smjesa od 85% etanola i 15%
benzina koja se koristi u SAD-u)
Prednosti uporabe biomase:Prednosti uporabe biomase:
�Obnovljiv je izvor energije (možemo je ponovo uzgojiti)
�Može se sastojati od raznih otpadnih
materijala kao što su drvni materijal, slama, kukuruzovina, bagasa i drugo
�Gotovo je sasvim CO2 neutralna tj. nova
biljna masa će apsorbirati oslobođeni
CO2
Prednosti uporabe biomase:Prednosti uporabe biomase:
�Možemo je koristiti kao zamjenu za fosilna goriva
�Može se koristiti kao supstrat za
biotehnološku proizvodnju različitih kemikalija
Celulozne sirovine:Celulozne sirovine:
� Su poljoprivredni i šumski otpaci te otpaci iz drvoprerađivačke industrije
� Celulozno vlakno obavijeno je ligninom i hemicelulozom te se zbog toga takve sirovine nazivaju i lignoceluloznim supstratima
� Omjer celuloze, lignina i hemiceluloze najčešće iznosi 3:4:3
Celulozne sirovine:Celulozne sirovine:
� Teško ih je hidrolizirati zbog toga što imaju strogo određenu građu (pretežito kristaličnu) s malim udjelom lako razgradljivih sastojaka
� Celulozna vlakna obavijena su ligninom koji služi kao fizička zaštita te je otporan na hidrolizu zbog svoje nepravilne kemijske građe
Lignin:Lignin:
� Lignin je makromolekulski polifenol svojstvene
kemijske strukture što je posljedica slučajne i nepravilne sinteze, te se zbog toga razlikuje od
drugih pravilno sintetiziranih polimera
� Vrlo je otporan na kemijsku i biokemijsku razgradnju
Postupci prethodne obrade lignoceluloznih sirovina:Postupci prethodne obrade lignoceluloznih sirovina:
1. Mehanički (mljevenje i sjeckanje)
2. Fizički ( djelovanje topline, tlaka i zračenja)
3. Kemijski (djelovanjem lužina, kiselina i sredstva za ekstrakciju)
4. Enzimski (ligninaze, hemicelulaze)
*Prethodna obrada = prevođenje celuloze iz kristaličnog u amorfni oblik
Problemi klasičnih načina prethodne obrade:Problemi klasičnih načina prethodne obrade:
�Neefikasne i s velikim gubicima sirovine (mogu dosegnuti i 25% suhe tvari)
�Tipična količina utrošene energije za uklanjanje jedne tone lignina iznosi 4000 kWh, te se utroši 800 kg NaOH i preko 300 kg Na2S
�Ostale kemikalije koje se često koriste za uklanjanje lignina su H2SO4, butanol, HCl, SO2, NaClO, H2O2 i ozon
Enzimski (biološki) postupci:Enzimski (biološki) postupci:
� “Zeleni” postupak prethodne obrade lignocelulozne sirovine
�Npr. za proizvodnju alhohola iz
lignoceluloznih materijala koriste se kvasci iz roda Candida, te kvasci Pichia
stipitis i Pachysolen tannophilus (koriste
pentoze iz hemiceluloze)
Enzimski (biološki) postupci:Enzimski (biološki) postupci:
� Prednosti enzimskih postupaka su niža cijena budući
su potrebni niski uvjeti temperature i tlaka, te se provodi bez utroška velikih količina kemijskih
sredstava
� 1993. god. Rogalski i suradnici su ustanovili da
plijesni Phanerochaete chrysosporium i Phlebia radiata proizvode enzim ligninazu koji razgrađuje
lignin velikom brzinom
Ligninaze:Ligninaze:
� Ligninaze su nekonvencionalne oksidaze koje mogu razgrađivati lignin bez prisustva kisika, te istodobno poput peroksidaza oduzimaju po
jedan elektron iz akrilnog prstena
� Vrlo su stabilne te se očekuje njihova velika primjena u procesima izdvajanja celuloze i glukoze iz lignoceluloznih supstrata
Zaključak:Zaključak:
�Drvna biomasa je nedovoljno iskorištena sirovina, no uz današnja
stalna povećanja cijena nafte i ostalih
fosilnih goriva postaje sve aktualnija
�Kako bi biomasa postala češći izbor u
odabiru izvora energije moraju se riješiti
problemi velikih gubitaka sirovine u
postupku obrade
Zaključak:Zaključak:
�Genetičkim inženjerstvom želi se utjecati na biosintezu lignina čime bi se
postiglo da biljne vrste u svojoj građi
sadrže manji udio lignina, te se
proučavaju putevi biosinteze mikrobnih ligninaza kako bi se omogućila njihova
veća produkcija i efikasnost
Zaključak:Zaključak:
� European Emission Traiding Scheme (EU ETS)
- tržište emisija znači dodjeljivanje novčane vrijednosti svakoj toni ekvivalentnog CO2 što utječe na troškove proizvodnje električne energije pa tako elektrane koje emitiraju manje CO2 postaju konkurentnije kako raste cijena CO2 emisija
Mjere smanjena emisije CO2
odnose se na sve projekte
unutar države čijom se
realizacijom smanjuju emisije
(povećanje udjela obnovljivih
izvora energije ili povećanjem
upijanja CO2 osnivanjem novih
šumskih nasada ili održavanjem
postojećih.Slika 1 Price and volume of CO2 emissions within EU ETS markets (Point Carbon, 2008)
Literatura:Literatura:
� Dr. sc.Vladimir Marić, 2000: “Biotehnologija i sirovine”
� R. Pašičko, D.Kajba, J.Domac: “Konkurentnost
šumske biomase u Hrvatskoj u uvjetima tržišta CO2
emisija”
� Energy research Centre of the Netherlands (www.ecn.com)