velikost pisave: 60% 70% 80% 90%

Kako kurimo z biomaso

Z besedo biomasa označujemo obnovljive vire energije, ki so predvsem rastlinskega izvora. Biomasa je naravna snov, proizvedena s fotosintezo, ki je eden najpomembnejših naravnih procesov pretvorbe sončne energije. Mnoge organske snovi ali organski ostanki, splošno poimenovani kot biomasa, so primerni za pridobivanje energije, tako toplotne kot tudi električne. Uporaba biomase je v primerjavi s fosilnimi gorivi gospodarna v določenih primerih, odvisna je od vrste uporabljene biomase in ustreznosti tehnologije, Na razpolago mora biti zadosten potencial biomase, ter ustrezno zbiranja in obdelave biomase ter učinkovitost tehnologij in naprav za pretvorbo energije. Biomasa je tako količinsko kot tudi kakovostno, omejena na lokalna področja.

Sonce daje potrebno energijo za rast biomase. S pomočjo klorofila in pod vplivom sončne svetlobe se iz vode, ogljikovega dioksida in zraka tvori ogljikov hidrat, obenem pa se ob procesu sprošča kisik, celoten postopek imenujemo fotosinteza. Sončna energija se v obliki organskih ogljikovih spojin shranjuje v rastlinah. Proces fotosinteze pa ni pomemben le za rastline ter razvoj zemeljske biosfere, temveč tudi za nastanek obsežnih zalog fosilnih goriv. Fotosintezi nasproten proces poteka pri razkrajanju ali gorenju, pri čemer se ob porabi kisika in oddajanju CO2 sprošča shranjena energija v obliki toplote. Za razliko od fosilnih goriv, ki so v svojo strukturo vezala ogljik že pred milijoni let, ob gorenju pa se sprošča šele sedaj, se CO2 pri gorenju biomase veže v nove rastline. Zaključen krog CO2 pri sežiganju biomase ne prispeva k porastu CO2 v atmosferi, zato pravimo, da je uporaba biomase glede toplogrednih plinov emisijsko nevtralna, dokler je poraba enaka prirastku. S fotosintezo nastalo biomaso lahko predelamo v trdna, tekoča ali plinasta goriva, v katerih je dolgotrajno shranjena kemična energija, ki jo nato sprostimo v poljubnem trenutku. Glede na možnosti pretvorbe biomase v različna goriva delimo biomaso na ali lesno in ali biomaso iz rastlinskih, lesnih ali živalskih odpadkov. 

Lesna biomasa 

Lesna biomasa je organska snov, ki jo lahko uporabimo kot vir energije. Sem uvrščamo gozdne ostanke, ostanke pri industrijski predelavi lesa in kemično neobdelan les. Med gozdne ostanke sodijo vejevje, krošnje, debla majhnih premerov ter manj kakovosten les, ki ni primeren za nadaljnjo industrijsko predelavo. Ostanki so posledica rednih sečenj, nege mladih gozdov ter pospravnih in sanitarnih sečenj. Pri industrijski obdelavi lesa nastajajo ostanki primarne in sekundarne predelave (žaganje, krajniki, lubje, prah...). Med preostali kemično neobdelan les uvrščamo produkte kmetijske dejavnosti v sadovnjakih in vinogradih ter že uporabljen les in njegove izdelke. Les je najstarejše kurivo, ki ga pozna človeštvo. Veliko je prednosti, ki govorijo v prid uporabe lesa kot vira energije. Energent je stalno na razpolago, njegova uporaba izboljšuje vzdrževanje gozdov, pri pravilnem kurjenju ne onesnažuje zraka. Izkoriščanje lesne biomase pomeni oživljanje ali nove aktivnosti na kmetijah in podeželju, nova delovna mesta, zmanjšanje emisij toplogrednih plinov, večjo energetsko samooskrbo ter boljše gospodarjenje z gozdovi.

Zgorevanje lesne biomase 

Gorenje lesne biomase je ravno obraten postopek od rasti drevesa. Razumevanje osnov zgorevanja (lesne) biomase zahteva poznavanje kemičnih in fizikalnih lastnosti goriva. Biomasa je sestavljena iz celuloze, hemiceluloze, lignina in veziv, vezanega ima več kisika in manj aromatičnih spojin kot premog.
Kemična sestava vpliva na količino hlapnih snovi, količino sproščene toplote in na kemične reakcije pri zgorevanju. Fizikalne lastnosti vplivajo na potek in energijsko učinkovitost zgorevanja. Najpomembnejši fizikalni lastnosti (lesne) biomase sta vlaga in gostota; to je razmerje med maso suhe snovi in zeleno prostornino biomase . V grobem zgorevanje lesne biomase razdelimo na tri faze:
  • Prva faza: sušenje lesa pri dovodu primarnega zraka, pri temperaturah do 150°Celzija. V tem obdobju gorenja se les segreje in voda, ki je bila še vezana v njem, izhlapeva. Več kot je vode v lesu, več energije bo potrebno, da bo izhlapela. Bolj ko je les suh in drobnejši, krajše je trajanje te faze in poraba energije za segrevanje je manjša.
  • Druga faza: oksidacija plinov in termični razpad lesa (piroliza) pri temperaturah med 150°Celzija in 550°Celzija. Pri višjih temperaturah se hlapljive spojine v lesu uplinijo. Z dovodom sekundarnega zraka povzročimo intenzivno vrtinčenje, kar omogoča kakovostno zgorevanje in sprošča največjo količino toplote. Okoli 14 % sestavin lesa ostane po tem obdobju kot oglje.
  • Tretja faza: oksidacija oglja oziroma zgorevanje lesnega oglja nastopa kot končna faza zgorevanja lesa. Pri temperaturah nad 400 stopinj Celzija reagirajo lesni plini z zračnim kisikom. To je obdobje, ki ga opazimo kot gorenje - plamen, učeno temu rečemo oksidacija. Možno je doseči temperature do 1300°Celzija. Pri temperaturah nad 600 stopinj se uplinja in zgori tudi oglje. Pri dovolj visoki temperaturi in zadostni količini kisika les popolnoma zgori. Minerali, ki jih vsebuje les, ostanejo po gorenju v obliki pepela, ki ga lahko uporabimo kot naravno gnojilo.
Pridobljeno toploto z zgorevanjem biomase lahko uporabimo neposredno ali pa jo spremenimo v energijo delovne snovi (para). 

Oblike lesnega goriva 

Poznamo več oblik lesnega goriva. Najbolj tradicionalna oblika so polena – razžagani in razcepljeni kosi lesa, dolgi 30-50 centimetrov, ki jih pridobivamo neposredno iz okroglega lesa slabše kakovosti ali iz predhodno izdelanih merskih okroglic ali cepanic. Naslednja oblika so lesni sekanci, to so kosi sesekanega lesa, velikosti do 10 centimetrov. Običajno se izdelujejo iz drobnega lesa, lesa slabše kakovosti ali iz lesnih ostankov. Kakovost sekancev je odvisna od kakovosti vhodne surovine in tehnologije drobljenja. Velikost sekancev se prilagaja kurilni napravi. Peleti so stiskanci, narejeni iz čistega lesa. Proizvajajo se industrijsko s stiskanjem suhega lesnega prahu in žaganja. So valjaste oblike premera osem milimetrov in dolžine do 50 milimetrov. Peleti so zelo sipki in zato enostavnejši za pakiranje in transportiranje. Briketi so narejeni iz stiskanega lubja, suhega lesnega prahu, žaganja, oblancev ter drugih neonesnaženih lesnih ostankov. So različnih oblik in so posebej primerni za majhna oziroma redko kurjena ognjišča, kot so kamini, savne in lončene peči. 

Tehnike zgorevanja ter kurilne naprave 

Tehnološki razvoj kurilne tehnike je v zadnjih letih izredno hiter. Tehnologija, razvita za velike kurilne sisteme z več sto kW, se vse bolj uspešno prenaša na majhne kurilne naprave. Tako imamo danes na voljo izredno učinkovite kurilne naprave, primerne za izrabo lesne biomase in za vgradnjo v individualne stanovanjske hiše. Razvoj je poganjala želja po čim večji avtomatiziranosti kurjenja, visokih izkoristkih in majhni emisiji škodljivih snovi.
 
Vsaka kurilna naprava, ki izkorišča les za pridobivanje potrebne toplote za ogrevanje, je v osnovi sestavljena iz naslednjih delov:
  • Zalogovnika za gorivo, kamor vlagamo lesno biomaso za kurjenje
  • Zgorevalne komore, kjer zgorevajo plini nastali pri termičnem razpadu lesa
  • Izmenjevalnika toplote, v katerem odvzamemo toploto dimnim plinom in jo prenašamo na ogrevalni medij 

Peči na polena 

Zgorevanje na klasični rešetki je najstarejši način kurjenja lesne biomase. Tehnologija kurjenja lesne biomase na rešetki je še vedno aktualna pri hišnih napravah in pri manjših industrijskih napravah.
Za sodobne peči je značilno, da omogočajo popolno zgorevanje lesa tudi pri nižjih obremenitvah. To so dosegli z ločitvijo zgorevalnega prostora na primarnega in sekundarnega. V primarnem poteka sušenje in uplinjanje lesa, v sekundarnem pa zgorevajo nastali lesni plini. S tem se zniža onesnaženje in doseže izkoristek 90 in več %. Naravni dovod zraka v peč, ki ga omogoča vlek dimnika, je nadomestilo prisilno dovajanje zraka, za katerega skrbi ventilator. Dovod zraka v sekundarno gorišče uravnava lambda tipalo (enako kot v avtomobilskih katalizatorjih). Vse to omogoča uravnavanje moči na samo 30 % nazivne, brez nevarnosti za nepopolno izgorevanje in onesnaževanje okolja. Prostorni zalogovnik za drva omogoča dolg čas gorenja (pri polni obremenitvi okoli 7 ur, pri delni pa celo okoli 20 ur) oziroma poredko polnjenje peči z drvmi. Zaradi popolnega zgorevanja nastane le malo pepela (okoli 1 %) in ni potrebno pogosto čiščenje peči. Poleg dobrega izkoristka in majhnega onesnaževanja okolja je kurjenje takšnih peči tudi bolj udobno, saj je potrebno manjkrat nalagati drva v zalogovnik, pa še veliko bolj čiste so. Tudi počutje v prostorih, ogrevanih s takšnimi pečmi, je bolj prijetno, ker temperature manj nihajo.
Ločimo dva tipa sodobnih peči na drva:
  • nadtlačni in
  • podtlačni.
Pri nadtlačnem dovodu zraka ventilator potiska del zraka v zalogovnik drv nad rešetko. Zaradi zračnega nadtlaka v tem prostoru so nastali lesni plini potisnjeni v sekundarno gorišče pod rešetko. V ta prostor ventilator dovaja dodatno količino zraka in plini pri visoki temperaturi popolnoma zgorijo.
Pri podtlačnem dovodu je ventilator montiran v dimniku in sesa zrak. Pot zraka pa je podobna kot pri nadtlačnem. Tudi tu zrak potuje preko drv, kjer prevzame nastale lesne pline, v sekundarno gorišče. Tu z dodatnim dovodom zraka poskrbimo za popolno zgorevanje. Nastale dimne pline pa ventilator potiska v dimnik. Te peči so sodobnejše in trenutno prevladujejo na tržišču. Njihove prednosti v primerjavi z nadtlačnimi so:
  • lažje kurjenje pri različnem vremenu in vleku dimnika,
  • manj dimljenja v kurilnici pri dolaganju drv,
  • možnost kurjenja grobih sekancev (6-12 cm).

Avtomatizirano kurjenje z lesnimi sekanci 

V zadnjem času se zelo uveljavlja vgradnja avtomatiziranih kotlov na lesno biomaso, ki so enakomerne velikosti. Sekanci so kosi lesa, veliki do 10 cm, ki so primerni za mehanski transport s polži. Sekanci morajo biti čim bolj enaki, da ne pride do težav pri avtomatiziranem polnjenju kurišča. Sekance pridobivamo s posebnimi stroji, s katerimi večje ali manjše kose lesa razsekamo na želeno velikost. Ta sistem ogrevanja se je najprej razširil pri velikih porabnikih (lesna industrija, mizarji), zadnja leta pa so razvili sisteme, ki so primerni za ogrevanje družinskih hiš, saj najmanjše peči na sekance omogočajo normalno delovaje že pri moči od 4 kW naprej. Pomembno je enakomerno doziranje goriva, ki poteka s tehničnimi napravami s polžem, vijakom in podobnim, sicer prihaja do nepopolnega zgorevanja, kar povzroča povečanje emisijskih vrednosti. Avtomatizirane naprave za kurjenje lesne biomase gradimo od nekaj deset kW toplotne moči pa do več deset MW.
 
Za kurjenje s sekanci so potrebne posebne peči. Te so dodatno opremljene s polži za dovod sekancev v gorišče in s polžem za odvod pepela. Poznamo dva osnovna tipa peči za kurjenje s sekanci: retortno peč in peč s predkuriščem.
Peč z retortnim kuriščem je manjša in zahteva manj prostora za montažo. Zaradi manjše površine so tudi izgube z žarčenjem manjše, zato imajo te peči nekoliko višje izkoristke. Dovodni polž potiska sekance v retortno kurišče v obliki krožnika, kjer ob dovajanju primarnega zraka poteka uplinjanje lesa. Nad zgorevalnim krožnikom je zgorevalni obroč, preko katerega dovajamo predgreti sekundarni zrak, ki omogoči kakovostno zgorevanje ne glede na obremenitev. Nastali vroči plini potujejo v izmenjevalnik toplote. Boljši kotli so opremljeni še z avtomatskimi čistilci dimnih kanalov. Ravno tako so boljše peči opremljene s polžem za odstranjevanje pepela v poseben zalogovnik. Tako zadostuje odstranjevanje pepela enkrat mesečno ali celo letno.
Pri sistemu s predkuriščem gre v bistvu za dve ločeni kurišči oziroma peči. Pri tem je predkurišče dejansko samo izgorevalni prostor, obdan s šamotom, in v njem ni vode, ki bi nase prevzemala toploto. Kot toplotni izmenjevalec služi kotel, za katerega lahko uporabimo tudi standardno peč. V tem primeru lahko v tej peči v času, ko ni večjih potreb po ogrevanju, kurimo s kosovnimi odpadki in drvmi, seveda takrat izkoristek ni nič večji kot pri običajnih pečeh. Sekanci pa zgorevajo v predkurišču. Ker v tem, kot smo že omenili, ni izmenjevalca toplote, so temperature zgorevanja precej višje kot v običajnih pečeh. To pa pomeni, da dobro gorijo tudi nekoliko bolj vlažni sekanci. Prednost tega sistema je še v možnosti priključitve na obstoječi sistem (dokupimo samo predkurišče in dozator za sekance). Seveda pa je ta rešitev možna samo, če imamo v kurilnici na voljo dovolj prostora. V obeh primerih sekance na kurišče iz zalogovnika dovaja polž. Na prehodu iz polža v peč je vgrajena zapora, ki onemogoča prodor ognja iz peči v polža in naprej v zalogovnik sekancev. 

Prednosti kurjenja z lesnimi sekanci: 

  • Možno popolnoma avtomatsko delovanje.
  • Za pripravo sekancev lahko porabimo številne lesne odpadke.
  • Pri pravilni organizaciji in mehanizaciji je malo dela s pripravo sekancev.
  • Stalna pripravljenost za ogrevanje oziroma pripravo tople vode.
  • Koristno izrabimo tudi tanjše (veje) in manjvredne gozdne sortimente.
  • Slabosti
  • Visoki investicijski stroški.
  • Potreben večji prostor za skladiščenje sekancev.
  • Vsaka kurilnica ne omogoča vgradnje sistema za kurjenje z lesnimi sekanci (možnost dovoza sekancev s prikolico, enostavno praznjenje sekancev v priročno skladišče).
  • Potrebna je določena kakovost sekancev (zadostna osušenost in ustrezna velikost).
Večje povpraševanje se pričakuje v prihodnjih letih, predvsem v območju malih - hišnih sistemov ogrevanja, kjer so se učinkoviti in cenovno sprejemljivi sistemi na sekance pojavili šele v zadnjih letih. 

Peči za kurjenje s peleti 

Razvoj kurilnih naprav za lesno biomaso pa se ni zaustavil pri sekancih. Najnovejša pridobitev je uporaba peletov. Ta tehnologija je namenjena predvsem za urbana naselja, kjer želijo zamenjati fosilna goriva z obnovljivimi, daljinskega ogrevanja pa ni. V primerjavi s sekanci je ta tehnologija znatno dražja, je pa še bolj čista, predvsem pa potrebujemo manj prostora za skladiščenje peletov. Peleti so namreč močno stisnjeni, predhodno zmleti, lesni ostanki (predvsem iz lesnih tovarn), zelo izenačeni in suhi, zato je njihova kurilna vrednost ustrezno večja. V primerjavi s sekanci je potrebno za pelete štirikrat manj skladiščnega prostora. Peleti so zelo izenačeni po velikosti in jih je možno v kurišče natančno dozirati. Kurjenje s peleti je možno že v pečeh z močjo od 5 kW naprej in so torej primerni razen za centralno tudi za ogrevanje posameznih prostorov ali etaž. 

Izbira kotla 

Izbira kotla mora biti premišljena in natančno ter strokovno izvedena, saj predimenzionirani kotel ne dosega pričakovanega izkoristka. Zato moramo preden se odločimo, prepustiti izračun projektantu strojnih inštalacij. Kotli na polena so v primerjavi s kotli na sekance ali pelete cenejši, vendar so smiselni le do 50 kW nazivne moči kotla. Nad 50 kW so kotli na sekance ali pelete boljša odločitev. Vsak boljši sodoben kotel na lesno biomaso ima lambda sondo. Lambda tipalo izhaja iz avtomobilskega katalizatorja, z njim pa merimo količino preostalega kisika v dimnih plinih. Na osnovi podatkov tega tipala uravnavamo dotok svežega zraka v gorišče. S tem dosežemo vedno optimalno zgorevanje, dober izkoristek in majhno onesnaženje. Vgradnja tega tipala je nujna, če je peč pogosto le delno obremenjena. 

Priprava in skladiščenje lesne biomase za kurjavo 

Za pripravo sekancev lahko koristno uporabimo manjvreden les, ki ga ni možno prodati, in razne drobne odpadke (veje), ki bi sicer neizkoriščeni obležali v gozdu. Ravno tako za sekance lahko porabimo razne lesne odpadke, ki nastajajo pri predelavi lesa. Pri tem moramo upoštevati, da je na kmetiji les praktično zastonj in nas pri sekancih za lastno rabo zanimajo samo stroški prevoza lesa iz gozda, sekanje in skladiščenje.
Kurilna vrednost lesa, in s tem tudi sekancev, je odvisna predvsem od vsebnosti vode. Čeprav peči na sekance omogočajo kurjenje z bolj vlažnim lesom (do 35% vlage) kot pa peči na drva, so zaradi boljšega izkoristka zaželeni čim bolj suhi sekanci. Posekan les zložimo po možnosti na sončen in vetroven kraj. Pomembno je, da debla ne ležijo na tleh, ampak so nekoliko privzdignjena. S tem olajšamo kroženje zraka in preprečimo vlaženje lesa od tal. Dodatno lahko osušimo že pripravljene sekance. Ker so sekanci sorazmerno majhni in imajo ugodno razmerje med površino in prostornino, se hitro sušijo, veliko hitreje kot polena. Poskrbeti moramo le, da so zaščiteni pred dežjem in dostopni zraku. Za ta namen je najbolje, da jih v suhih poletnih dneh v tankem sloju razprostremo na betonski ali asfaltni površini in jih nekajkrat premešamo. Pri takšnem sušenju dosežemo ustrezno stopnjo osušenost v nekaj urah ali dneh. Seveda je možno sekance tudi aktivno dosuševati z uporabo ventilatorjev, vendar pa je takšen način sušenja gospodaren samo v izjemnih primerih.
Sekance skladiščimo v suhem in zračnem prostoru. Glede na majhno nasipno težo sekancev (okoli 250 kg/m3) potrebujemo precej skladiščnega prostora. Za poprečno enostanovanjsko hišo to pomeni okoli 40-50 m3 sekancev. Zaradi požarnih predpisov takšne količine kuriva ne smemo skladiščiti v sami kurilnici, ampak v ločenem prostoru. V kurilnici imamo lahko največ 1,5 m3 sekancev. Tako pri adaptacijah obstoječih kurilnic k peči prigradimo priročni zalogovnik s prostornino do 1,5 m3, ki zadošča za približno enotedensko ogrevanje. Ta zalogovnik polnimo ročno ali strojno (polž, transportni trak) v tedenskih do desetdnevnih obdobjih. Celoletno količino sekancev pa imamo v neke vrste vmesnem skladišču. To skladišče mora biti zračno, pokrito in zasnovano tako, da je moč sekance mehanizirano dovažati in odvažati. Pri novogradnjah pa tudi pri adaptacijah, kjer imamo na voljo dovolj prostora, pa v bližini kurilnice postavimo skladišče za celoletno ali vsaj mesečno količino sekancev.
Postopek izdelave lesnih peletov se izvaja v peletirkah v katerih se lesni prah stiska pod velikim pritiskom in povečano temperaturo skozi stiskalnico. S tem se zmanjša vsebnost vode in prostornina, poveča pa se gostota. Peleti so zelo sipki in zato enostavnejši za pakiranje in transportiranje. Peleti se razvažajo s posebnimi cisternami in jih v skladišče prečrpavajo po ceveh. Taka oblika transporta je za uporabnika prijazna, proizvajalci in transportna podjetja pa zagotavljajo hitrost in redno dobavo. Za manjše uporabnike so peleti pakirani v 10 ali 15 kilogramskih embalažah, ki so naprodaj v trgovinah. Peleti so čist naravni proizvod, in imajo veliko sposobnost absorpcije vode, zato morajo biti zaščiteni pred vlago.