thumb|right|Elektráreň Alholmens Kraft vo Fínsku. Ide o svetovo najväčšiu kogeneračnú jednotku. thumb|right|Kogeneračná jednotka v Metz, Francúzsko. Zdrojom energie je tu drevná biomasa. Táto kogeneračná stanica poskytuje elektrinu a teplo 30 000 obydliam. Biomasa je biologický materiál pochádzajúci zo živých alebo nedávno žijúcich organizmov. Najčastejšie odkazuje na rastliny alebo materiály na rastlinnej báze, ktoré sa špecificky označujú ako lignocelulózová biomasa.Biomass Energy Centre. What is BIOMASS [online]. [cit 2014-5-1]. Dostupné na internete: Ako zdroj energie sa môže použiť priamo spaľovaním za vzniku tepla, alebo nepriamo po premene na rôzne formy biopalív. Premenu biomasy na biopalivo je možné dosiahnuť tepelne, chemicky alebo biochemicky.
Drevo dnes zostáva najväčším energetickým zdrojom biomasy. Príklady zahŕňajú lesné pozostatky (ako sú napr. odumreté stromy, konáre a pne), vetvičky, drevná štiepka. V druhom ponímaní biomasa zahŕňa rastlinnú alebo živočíšnu hmotu, ktorá môže byť prevedená na vlákna alebo iné priemyselné chemikálie vrátane biopalív. Priemyselná biomasa môže byť produkovaná z mnohých druhov rastlín, ako ozdobnica čínska (Miscanthus sinensis), proso, konope, kukurica, topoľ, vŕba, cirok, cukrová trstina, repka olejná, bambusT.A. Volk, L.P. Abrahamson, E.H. White, E. Neuhauser, E. Gray, C. Demeter, C. Lindsey, J. Jarnefeld, D.J. Aneshansley, R. Pellerin and S. Edick (October 15 – 19, 2000). "Developing a Willow Biomass Crop Enterprise for Bioenergy and Bioproducts in the United States". Proceedings of Bioenergy 2000. Adam's Mark Hotel, Buffalo, New York, USA: North East Regional Biomass Program. OCLC 45275154. a rôznych ďalších druhov stromov od eukalyptu po palmu olejnú.
Rastlinná energia je produkovaná z plodín špeciálne pestovaných ako palivo, ktoré poskytnú veľké výstupné množstvo biomasy pri malej vstupnej energii. Príkladom takejto rastliny je pšenica, ktorá typicky poskytne 7,5 až 8 ton zrna a 3,5 až 5 ton slamy z hektára.Biomass Energy Centre. Energy crops [online]. [cit 2014-5-1]. Dostupné na internete: Zrno sa môže použiť na kvapalné pohonné hmoty, slama sa môže spáliť s cieľom produkcie tepla alebo elektriny.
Rastlinná biomasa sa môže degradovať z celulózy na glukózu a výsledný cukor sa môže použiť ako biopalivo prvej generácie. Biomasu možno premeniť na iné použiteľné látky ako napr. metán, pohonné hmoty ako etanol a bionafta. Hnijúce odpadky, poľnohospodársky odpad a odpad po ľuďoch, to všetko uvoľňuje metán – tiež nazývaný „skládkový plyn“ alebo „bioplyn“. Plodiny ako kukuricu a cukrovú trstinu možno fermentovať na etanol. Bionafta, ďalšia pohonná látka, sa dá vyrábať zo zvyškov potravinových produktov ako sú rastlinné oleje a živočíšne tuky.Energy KIDS U.S. Energy Information Administration. Biomass Basics [online]. [cit 2014-5-1]. Dostupné na internete:
Existuje množstvo výskumov zameraných na riasovú biomasu. Jej výhodou je, že sa nevyužíva ako potravina a môže byť pestovaná 5 až 10-krát rýchlejšie než iné poľnohospodárske plodiny, napr. ako kukurica a sója. Pokosené riasy možno fermentovať na biopalivá ako etanol, butanol, metán, ako aj bionaftu a vodík.
Biomasa sa považuje za obnoviteľný zdroj energie, pretože na regeneráciu využitých zásob je potrebná pomerne krátka doba. V prípade rastlinnej biomasy je dôležité, že sa uhlík vracia späť do prírodného kolobehu prostredníctvom fotosyntézy, takže záťaž prostredia skleníkovými plynmi je veľmi malá. Tento fakt robí z biomasy tzv. neutrálny zdroj emisií CO2 Dominantným zdrojom bioenergie je v súčasnosti pevná biomasa a tento trend by sa nemal v tomto desaťročí v Európe zmeniť. Prudko rastie trh s drobným lisovaným drevným odpadom, tzv. peletami, ktoré sa používajú v individuálnych systémoch vykurovania, ale aj vo veľkých systémoch kombinovanej výroby tepla a elektriny. Výhodou peliet je ich vysoká energetická hustota, štandardizovaná kvalita, jednoduchá doprava a využiteľnosť v automatizovaných vykurovacích systémoch.
Vznik a zdroje biomasy Rastliny na svoj rast využívajú oxid uhličitý z atmosféry a vodu zo zeme, ktoré vďaka fotosyntéze pretvárajú na sacharidy, stavebné články biomasy. Energia slnečných fotónov, ktorá je hybnou silou fotosyntézy, sa uskladní v chemických väzbách organického materiálu.
Pri spaľovaní biomasy sa energia uskladnená v chemických väzbách opäť uvoľňuje. Kyslík zo vzduchu sa spája s uhlíkom z biomasy, pričom vzniká oxid uhličitý a voda. Tento proces je cyklicky uzatvorený, pretože vznikajúci oxid uhličitý je vstupnou látkou pre novú biomasu.Obnoviteľné zdroje energie. Energia z biomasy [online]. [cit 2014-5-8]. Dostupné na internete:
Primárna forma biomasy je forma vzniknutá fotosyntézou, preto možno považovať energiu získanú z biomasy za uskladnenú energiu Slnka. Chemický priebeh fotosyntézy možno zapísať sumárnou rovnicou: 6 CO2 + 12 H2O (+ 2830 kJ + chlorofyl) → (CH2O)6 + 6 H2O + 6 O2 oxid uhličitý + voda (+ energia + chlorofyl) → glukóza + voda + kyslík
Zdroje biomasy Poľnohospodárstvo Olejnaté plodiny – repka olejná, slnečnica Cukornaté a škrobové plodiny – obilniny, cukrová repa, cirok Lesníctvo Pevná biomasa – zvyšky zo zberu, ťažby a spracovania, rýchlo rastúce dreviny, trávy, drevný odpad Domáce a priemyselné odpady Vlhká biomasa – hnoj, organický odpad
Drevospracujúci priemysel je hlavným zdrojom biomasy. Samozrejme, že za energeticky využiteľnú biomasu sa považuje iba odpad, ktorý pri týchto činnostiach vzniká, ten však tvorí nezanedbateľný potenciál. Ide napríklad o tenčinu a hrubinu z porastov, pne a korene, štiepky, piliny, hobliny atď. Zdrojom dreva sú v iných krajinách často tzv. energetické lesy. Tie by sa mohli stať výdatným zdrojom aj na Slovensku, ide špeciálne rýchlorastúce nenáročné dreviny s rúbnou dobou 35 rokov.
Druhým významným zdrojom biomasy je živočíšna výroba. Na Slovensku by bolo možné získavať bioplyn predovšetkým zo živočíšnej produkcie. Na Slovensku je chovaných asi 1 mil. ks dobytka, 2 mil. ks ošípaných a 12 mil. ks hydiny. Hnoj, ktorý pri tejto produkcii vzniká, je problémom, pretože znečistením ohrozuje spodné vody a ak je bez odplynenia používaný ako hnojivo (čo sa deje v absolútnej väčšine prípadov), uvoľňuje sa z neho metán, ktorý voľne uniká do atmosféry a posilňuje skleníkový efekt. Ak by bolo 10 mil. ton hnoja, ktoré sa vyprodukuje len pri chove dobytka využitých v energetike, bolo by možné z neho získať až 277 mil. m3 bioplynu ročne. V praxi by bolo možné z tohto bioplynu získať 1,95 TWh elektrickej energie. V praxi by však bolo realistické očakávať využitie maximálne 6,9 PJ, čo by pokrylo napríklad spotrebu elektriny v 300 000 domácnostiach a umožnilo teplom zásobovať 60 000 domácností.
Ďalšou možnosťou získavania biomasy je využitie komunálneho a poľnohospodárskeho odpadu. Ročne sa na Slovensku vyprodukuje asi 1,5 milióna ton komunálneho odpadu, z toho asi 400 000 ton tvorí organický odpad, ktorý je možné využiť na výrobu bioplynu. Bioplyn predstavuje potenciál 0,3 TWh elektrickej energie (10 % ročnej spotreby v slovenských domácnostiach) a 0,6 TWh tepelnej energie (ročná spotreba tepla pre asi 30 000 domácností). Slama je bežným vedľajším produktom v poľnohospodárstve, u nás sa zatiaľ chápe tiež ako odpad. Na Slovensku máme asi pôdy, na ktorých sa pestujú obilniny. Ročne by z nich bolo možné získať cca 2 milióny ton prebytočnej slamy. Z tohto množstva biomasy by bolo možné získať 2,8 TWh elektrickej energie, čo predstavuje asi 6 % ročnej spotreby a 4,8 TWh tepelnej energie (pokrytie ročnej spotreby v 300 000 domácnostiach).
Na rozdiel od iných druhov zdrojov energie existujú pri biomase aj účelovo vytvárané zdroje. Ide o tzv. energetické porasty (rastliny). Energetické rastliny môžeme rozdeliť do dvoch skupín – rýchlorastúce dreviny a úžitkové plodiny.
Rýchlorastúce plodiny a ich ročná výnosnosť suchej biomasy: Rastlina Výnos [t/ha] Krídlatka 37,5 Utusea 43 Topolovka 13,4 Cirok cukrový 9,83 Cirok zrnový 14,77 Hyso 19,33 Konope 12,05
Ako energetická rastlina sa môže využívať aj konope, ale to býva často problematické pre podozrenie zo zneužitia týchto rastlín na výrobu omamných látok. Toto podozrenie však nie je pri technických odrodách konope opodstatnené, pretože tieto druhy sú pre výrobu omamných látok v podstate nepoužiteľné. Zatiaľ čo na spomínané účely sa využíva konope indické, v priemysle ide o druh konope siate, ktoré je na Slovensku tradičnou rastlinou.
Energetické rastliny sa pestujú na monokultúrnych plantážach. Je potenciálne možné pestovať ich všade tam, kde došlo k znehodnoteniu poľnohospodárskej pôdy, kde dochádza k ústupu poľnohospodárstva a zmenšuje sa plocha obhospodarovaných pôd alebo tam kde by nebolo vhodné pôdy využívať na pestovanie potravín, ako napríklad pri cestách alebo inak ekologicky zaťažovaných územiach. V Energetickej koncepcii pre Slovensko sa odhaduje, že už v roku 2005 bolo možné využiť takejto pôdy. Z ekonomických a ekologických dôvodov sa uvažuje o zalesnení a zatrávnení poľnohospodárskej pôdy, ktorá by mohla byť efektívne využitá na pestovanie energetických rastlín. Energetický potenciál tejto pôdy v prípade, že by sa na nej vysadili napríklad rýchlorastúce dreviny, by bol 100 PJ (1/7 ročnej spotreby energie na Slovensku).
Spôsoby získavania energie z biomasy
Historicky najstaršie metódy spracovania Najstarším známym spôsobom spracovania je spaľovanie a kompostovanie biomasy. Spaľovanie je najjednoduchšou metódou pre termickú premenu obnoviteľných aj fosílnych palív za dostatočného prísunu kyslíka na tepelnú energiu. Táto technológia je dokonale spracovaná. Získaná tepelná energia sa následne využije na kúrenie, technologické procesy alebo na výrobu elektrickej energie.
Spaľovanie biomasy väčšinou nevyžaduje predbežnú špeciálnu úpravu paliva. Je prijateľná aj vyššia vlhkosť suroviny. Vzhľadom na charakter biomasy a jej premenné zloženie je nutné venovať pozornosť podmienkam spaľovania a čisteniu vystupujúcich spalín, kde je nevyhnutné kontrolovať predovšetkým emisie oxidu uhoľnatého a tuhých látok. Na spaľovanie biomasy sa v súčasnosti používa spaľovanie na rošte, alebo spaľovanie vo fluidnej vrstve. Rozšírenejším spôsobom je momentálne spaľovanie na rošte, kvôli nižšej cenovej náročnosti spaľovacích kotlov.
Kompostovanie je aeróbny proces premeny organických materiálov vplyvom bakteriálnej aktivity na kompost.
Súčasné spôsoby využitia biomasy Podľa princípu samotnej konverzie energie je možné definovať niekoľko spôsobov získavania energie z biomasy:JANÍČEK, F. et al. Obnoviteľné zdroje energie 1 : Technológie pre udržateľnú budúcnosť. Pezinok : Renesans, s. r. o., 2007. 176 s. ISBN 978-80-969777-0-3. Termochemická premena (suché procesy) spaľovanie splyňovanie pyrolýza Biochemická premena (mokré procesy) alkoholické kvasenie metánové kvasenie Fyzikálna a chemická premena mechanická (štiepenie, drtenie, lisovanie, briketovanie, peletovanie, mletie, atď.) chemická (esterifikácia surových rastlinných olejov) Získavanie odpadového tepla pri spracovávaní biomasy (napr. pri kompostovaní, aerobnom čistení vôd, anaeróbnej fermentácii a pod.) Existuje teda viacero spôsobov využitia biomasy na energetické účely; v praxi prevládajú pri suchých procesoch rôzne formy spaľovania, pri mokrých procesoch výroba bioplynu anaeróbnou fermentáciou. Z ostatných spôsobov najmä výroba metylesteru z bioolejov.
Spôsoby konverzie biomasy na energiu: Typ konverzie biomasySpôsob konverzie biomasyEnergetický výstupOdpadový materiál alebo druhotná surovina Termochemická konverzia (suché procesy)SpaľovanieTeplo viazané na nosičPopolSplyňovanieGenerátorový plynDechtový olej, uhlíkaté palivoPyrolýzaGenerátorový plynDechtový olej, pevné horľavé zvyšky Biochemická konverzia (mokré procesy)Anaeróbna fermentáciaBioplynFermentovaný substrátAeróbna fermentáciaTeplo viazané na nosičFermentovaný substrátFyzikálno-chemická konverziaEsterifikácia bioolejovMetylester, bioolejeGlycerín
Energetická hodnota niektorých palív: