Biomasa: definīcija, mērījumi un izmantošana enerģētikā

Biomasa ir pamattermins ekoloģijā un enerģijas ražošanas nozarē. Organiskos atkritumus, piemēram, atmirušus augu un dzīvnieku izcelsmes materiālus, dzīvnieku mēslus un virtuves atkritumus, var pārvērst gāzveida degvielā, ko sauc par biogāzi. Organiskos atkritumus biogāzes pārstrādes iekārtās noārda baktērijas, izdalot biogāzi, kas būtībā ir metāna un oglekļa dioksīda maisījums.

Biomasa ekoloģijā nozīmē dzīvās matērijas uzkrāšanos. Tas ir kopējais dzīvā materiāla daudzums noteiktā teritorijā vai bioloģiskā sabiedrībā vai grupā. Biomasa tiek mērīta pēc svara vai sausnas uz noteiktu platību (uz kvadrātmetru vai kvadrātkilometru). Enerģētikas nozarē tā attiecas uz bioloģisko materiālu, ko var izmantot kā degvielu vai rūpnieciskai ražošanai. Biomasa ietver augu izcelsmes materiālus, ko audzē izmantošanai par biodegvielu, kā arī augu vai dzīvnieku izcelsmes materiālus, ko izmanto šķiedru, ķīmisko vielu vai siltuma ražošanai. Biomasa var ietvert arī bioloģiski noārdāmus atkritumus, kurus var sadedzināt kā kurināmo. Tā neietver organiskos materiālus, kas ģeoloģisku procesu rezultātā ir pārveidoti par tādām vielām kā ogles vai nafta. To parasti mēra pēc sausnas svara.

Mērījumi un vienības

Biomasas daudzumu parasti izsaka vairākos veidos:

• Sausna (dry weight) — svarīgākais rādītājs enerģētikā, jo mitrums samazina efektīvo enerģijas saturu.
• Masa uz platību — kg/m² vai t/ha (tonnas uz hektāru) mēra lauksaimniecības vai meža biomasi.
• Tilpums vai blīvums — m³ vai kg/m³, svarīgi transportēšanai un uzglabāšanai.
• Enerģijas ekvivalents — MJ/kg, kWh/kg vai MWh/t, kas norāda, cik daudz enerģijas no tās var iegūt.

Turklāt tiek lietoti termiņi augstākā siltumviela (HHV) un zemākā siltumviela (LHV), kas apraksta enerģiju ar vai bez ūdens kondensācijas siltuma iekļaušanas. Praktiski enerģijas aprēķinos bieži izmanto LHV.

Tipi un avoti

• Kokmateriāli — malkas, zāģbaļķi, skaidu briketes un granulas (pellets).
• Lauksaimniecības atlikumi — salmi, stiebru atlikumi, rapša spraudeņi u.c.
• Enerģētiskās kultūras — speciāli audzētas augu sugas enerģijas ražošanai (piem., filiāles, skābbarības priedes u.c.).
• Organiskie atkritumi — pārtikas, virtuves atkritumi, komunālie organiskie atkritumi.
• Rūpnieciskie blakusprodukti — papīra rūpniecības skaidu, lauksaimniecības ražošanas atlikumi.
• Algas — kā perspektīvs avots biomasas un biodegvielu ražošanai.
• Dzīvnieku mēslu un organiskā mēslu masa — izmantojama anaerobās sagremošanas procesiem.

Enerģijas satura piemēri (aptuvenie rādītāji)

• Koksnes sausna: ~15–20 MJ/kg (atkarībā no sugas un blīvuma).
• Pellets: ~16–19 MJ/kg.
• Salmi un lauksaimniecības atlikumi: ~14–18 MJ/kg.
• Biogāze (atkarībā no metāna saturs): aptuveni 20–26 MJ/m³ (parasti, ja CH4 saturs ir 50–70%).

Piezīme: šie skaitļi ir aptuveni. Reālais enerģijas ieguvums ļoti atkarīgs no mitruma satura, kurināmā kvalitātes un tehnoloģijas, kas lietota konversijai.

Konversijas tehnoloģijas

• Sadedzināšana (combustion) — tieša siltuma un elektrības ražošana caur katliem un koģenerācijas iekārtām.
• Anaerobā fermentācija — biogāzes ražošana no organiskajiem atkritumiem, mēslu un biomases; biogāzi var izmantot siltumam, elektroenerģijai vai attīrīt par biometānu.
• Pirolīze — termiska sadalīšana bez skābekļa, kas rada bio‑ogli, bioeļļu un sintētisku gāzi.
• Gāzifikācija — tiek iegūta sintētiskā gāze (syngas), ko var sadedzināt vai pārveidot ķīmijai un degvielām.
• Fermentācija uz bioloģiskajām šķidrām degvielām — etanols no cukuriem/škrobām, biodīzelis no eļļām un taukiem.

Ilgtspēja un vides ietekme

Biomasa var samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas, ja tiek izmantota ilgtspējīgi. Tomēr efektivitāte un ietekme atkarīga no vairākām lietām:

• vai biomasa tiek iegūta no atjaunojamiem avotiem vai izraisot mežu izciršanu;
• iespējamām tiešajām un netiešajām zemes izmantošanas izmaiņām (LUC/ILUC efekts);
• konkurences ar pārtikas ražošanu (īpaši, ja tiek izmantotas lauksaimniecības kultūras biodegvielu ražošanai);
• loģistikas emisijām — transporta un apstrādes enerģijas patēriņš samazina kopējo ieguvumu;
• atkritumu un blakusproduktu izmantošana bieži ir ilgtspējīgāka par īpaši audzētu biomasu.

Papildus ieguvumi: pareizi vadīta biomasa var nodrošināt lokālu siltumapgādi, atbalstīt lauku ekonomiku un samazināt atkritumu apjomu, ja tiek lietota kopā ar atbilstošu sertifikāciju un monitoringu.

Mērīšanas un uzskaites metodes

• Paraugu ņemšana un sausnas noteikšana — laboratoriska mitruma mērīšana (cepšana līdz konstanta svaram) lai pārietu uz sausnas masu.
• Allometriskās formulas — kokiem izmanto īpašas formulas, lai no diametra un augstuma aprēķinātu biomasu.
• Attālumsensori un satelītattēli — ļauj paredzēt biomasas blīvumu un izmaiņas lielākā mērogā.
• Inventarizācija un statistika — lauksaimniecības un mežsaimniecības datu vākšana, lai aprēķinātu pieejamo resursu apjomu (t.sk. t/ha).

Praktiskais pielietojums

• Dzīvokļu un pilsētu siltumapgāde (biokurināmie, koģenerācija).
• Elektroenerģijas ražošana biomasas stacijās vai koģenerācijā ar citiem kurināmajiem.
• Biogāzes izmantošana lauksaimniecībā un komerciālām iekārtām; digestāts kā šķidrais/organiskais mēslojums.
• Transporta biodegvielas — etanols, biodīzelis, sintētiskas “e‑degvielas” no syngas vai biomasas pārstrādes.
• Rūpnieciskā izejviela — šķiedras, ķīmiskas vielas un bio‑ķīmiskie produkti.

Noslēgums

Biomasa ir plašs jēdziens, kas aptver daudzveidīgus organiskos resursus, un tās loma enerģētikā ir nozīmīga, jo tā var nodrošināt atjaunojamu enerģiju un atkritumu izmantošanu. Lai biomasas izmantošana būtu patiesi ilgtspējīga, nepieciešama rūpīga izejmateriālu izvēle, precīzi mērījumi, efektīvas pārstrādes tehnoloģijas un vides ietekmes novērtējums.