Biomasa pro bioenergii: zdroje, management a využití

Úvod

Není tajemstvím, že využití fosilních paliv pro výrobu energie je spojeno s produkcí vedlejších zplodin, které jsou škodlivé pro životní prostředí. Skleníkové plyny zvyšují efekt klimatických změn a je zde také nebezpečí, že si škodliviny najdou cestu do půdy, kde pěstujeme zemědělské plodiny, a do vody, kterou používáme. Kromě toho fosilní paliva mají omezené zdroje. Mnozí tvrdí, že rezervy fosilních paliv se ztenčují a jejich získávání bude velmi problematické z hlediska vlivu na životní prostředí, a také v budoucnu velmi nákladné, zvýší se tak cena energie na celém světě. Alternativou k oběma problematikám je produkce energie z čistých obnovitelných zdrojů. Bioenergie vyrobená z biomasy pro výrobu tepla, elektřiny nebo paliva je jak obnovitelná, tak i ve většině případů čistší než z fosilních paliv.

Odkud se získává bioenergie?

Biomasa je materiál rostlinného nebo živočišného původu. Pokud jde o získávání bioenergie, můžeme ji rozdělit na dřevní a nedřevní biomasu rostlinného původu a další organickou biomasu. Většina rostlinné biomasy je produktem nebo vedlejší surovinou z dřevařství či zemědělství. Jako dřevní biomasu označujeme palivové dřevo, dřevo z plantáží rychlerostoucích dřevin, lesní zbytky a dřevní zbytky z průmyslové výroby. Nedřevní biomasa pochází ze zemědělství a zahrnuje zemědělské plodiny, zbytky plodin a odpad ze zemědělské výroby. Ostatní organická biomasa zahrnuje živočišný odpad a různý komunální odpad. Lesní a zemědělská vegetace může být pěstována právě pro své specifické využití jako biomasy pro produkci bioenergie (jako např. rychlerostoucí dřeviny a energetické plodiny) a dále mohou být pro výrobu bioenergie využity vedlejší produkty a odpad z jiného využití vegetace.

Produkce energie z biomasy

Když se rozštěpí chemické vazby v biomase, uvolní se energie obsažená v molekulách. Množství uvolněné energie na jednotku váhy či objemu se rovná energii obsažené v biomase. Různé produkty mají různý obsah energie a každý má svůj specifický způsob využití. Nejběžnějším způsobem získávání bioenergie je spalování. Spalováním biomasy se uvolňuje teplo, které může být následně využito na vytápění nebo k výrobě elektřiny. Zplyňováním vzniká z biomasy plyn, který se dále používá v plynné formě nebo se využije k výrobě další formy energie (např. elektřiny). Bionafta se vyrábí extrakcí z olejů, které se mohou získat z biomasy a používá se do motorů stejně jako nafta.

Biomasa pro bioenergii nebo i jiné využití?

Ve většině případů jsou lesy a zemědělská půda využívány k jiným účelům. Kukuřice a cukrová třtina se používá pro výrobu biolihu, ale jsou zároveň i zdrojem potravy. Lesy jsou využívány pro produkci dřeva. Zemědělské zbytky mohou být využity jako organické hnojivo. Je třeba vyvážit naši energetickou potřebu s našimi dalšími potřebami, pro které se využívají stejné lesy a zemědělská pole.  Využívání biomasy pro výrobu bioenergie je třeba dělat udržitelným způsobem a dívat se na problematiku ze širšího kontextu jako na alternativní využití tohoto zdroje poskytovaným přírodou.

Odhad potenciálu biomasy

Plánování a organizace využívání vegetace přímo pro výrobu bioenergie je nezbytné. Informace o množství biomasy, a tím i bioenergie, která může být vyrobena, je rozhodující pro všechny typy plánování, ať už jde o jednotlivce a malá průmyslová odvětví nebo regionální, národní i mezinárodní správy.
Mnoho evropských zemí používá k odhadu množství biomasy, která má být potenciálně sklizena, tradiční metody. Tyto metody obvykle vycházejí ze statistik, které jsou odvozeny ze vzorkování malého počtu oblastí a extrapolují se na větší oblasti zájmu. I když jsou odhady celkem přesné i ve velkém měřítku, nemají prostorové detaily a odběr vzorků je dosti nákladný. Kromě toho metody pro získávání těchto statistik se v jednotlivých evropských zemích značně liší.

Satelity obíhající Zemi mohou poskytnout vizuální obraz jejího povrchu měřením síly elektromagnetického signálu, který se odráží od zemského povrchu. Nedávný technologický výzkum přinesl senzory, které mohou shromažďovat tyto údaje z dálkového průzkumu Země z velkých ploch na velmi podrobné úrovni (obr. 1). Tyto snímky se následně zpracovávají s cílem určit, co je přítomno na povrchu (budovy, silnice, půdy a různé druhy vegetace). Výsledné mapy umožňují výpočet plochy s konkrétním vegetačním typem (typ lesa, zemědělské plodiny nebo přírodní a polopřirozené vegetace). Navíc, data z dálkového průzkumu Země poskytují informace o stavbě rostlin, jejich biochemických vlastnostech a zdravotním stavu. Všechny tyto informace mohou být k dispozici velmi rychle a za relativně nízkou cenu.

Navzdory výhodám dat z dálkového průzkumu Země nelze nahradit přesnost pozemního měření. Proto je optimálním způsobem odhadu přítomné biomasy a potenciálu biomasy kombinace obou metod. Data z dálkového průzkumu Země mohou poskytnout většinu informací a pozemní měření je může doplnit o dodatečné informace, které nejsou dostupné prostřednictvím jiných prostředků. Pozemní vzorkování může poskytnout informace o průměrné hustotě rostlin a objemu biomasy na rostlinu. Pokud se tato informace zkombinuje s celkovou plochou konkrétního vegetačního typu, je možné odhadnout počet rostlin a biomasu, která může být sklizena.

Odhad přítomné biomasy není ekvivalentní k biomase, která může být potenciálně sklizena. Technická omezení mohou sklizeň v určitých oblastech znemožnit například na prudkých svazích, kam se stroje nemohou dostat, nebo v nedostupných zalesněných oblastech. V jiných případech mohou být náklady na sklizeň vyšší než zisk, a toto ekonomické omezení může vyloučit sklizeň určitých oblastí. Sklizeň vegetace může být zakázána na území chráněných národními a mezinárodními právními předpisy. Dopady na životní prostředí díky sklízení vegetace mohou být příliš velké, což rovněž vede k vyloučení těchto porostů ze sklízení. Všechna tato omezení snižují množství potenciální biomasy, která může být sklizena a tudíž množství bioenergie, které může být získána.

V návaznosti na odhad konečného potenciálu biomasy je možné odhadnout množství energie, která může být vyrobena. Každý druh rostliny generuje určité množství bioenergie v závislosti na způsobu, jakým je biomasa zpracována. Pokud se tato hodnota násobí množstvím potenciálně sklizené biomasy, je možné vypočítat množství bioenergie, která může být vyrobena.

Postup jednotlivých kroků zahrnujících odhad potenciálu biomasy pro bioenergii začíná identifikací oblasti pokryté vegetací, která může být potenciálně sklizena pro výrobu bioenergie s využitím dat z dálkového průzkumu Země. Ke zvláštním vlastnostem vegetace je třeba doplnit znalosti místního prostředí, aby se dala dohromady celková charakteristika dané oblasti. Z oblastí vymezených jako potenciálně vhodných ke sklizni, je třeba některé vyloučit, pokud se vyskytují technická, ekonomická a environmentální omezení. Konečný výsledek biomasy, která je k dispozici pro sklizeň, pak může být použit pro odhad bioenergie, která může být vyrobena (obr. 2). Harmonizovanou metodu odhadu biomasy pro bioenergii napříč celou Evropou, která kombinuje údaje z dálkového průzkumu Země a místních odborných znalostí, byla vypracována v rámci projektu CEUBIOM (http://www.ceubiom.org), který byl financován programem FP7 Evropské komise. Další podrobnosti a základní informace o metodě lze nalézt na webových stránkách přidruženého e-learningu (http://ceubiom.geonardo.com).


Zdroj (autor): Andrea Urbanová
Web: http://www.crossczech.cz
Kontaktní e-mail:

Tweet

Datum uveřejnění: 19.1.11
Poslední změna: 20.1.2011
Počet shlédnutí: 1184