Perspektívy biomasy a tuhých biopalív v sektore energetiky

Biomasa a tuhé biopalivá predstavujú jednu z možností aspoň čiastočného nahradenia fosílnych energetických surovín a palív. Na základe prognóz sa predpokladá, že biomasa sa po značnom vyčerpaní fosílnych surovín stane v budúcnosti významným tuhým, kvapalným alebo plynným nosičom energie na zemi.

Ešte pred tromi-štyrmi generáciami, teda časovým intervalom vcelku nepatrným v porovnaní s históriou ľudskej spoločnosti, bolo slnečné žiarenie jediným primárnym nosičom energie (tepla) a biomasa sa považovala za najdôležitejší sekundárny – obnoviteľný nosič energie, výstup z fotosyntézy. V priebehu tohto krátkeho časového úseku však došlo k takému výraznému rozvoju – najmä priemyslu a dopravy, že konvenčne chápanú biomasu v modernej energetike 20. storočia nahradila prevažne jej fosilizovaná forma zastúpená uhlím, ropou, plynom a pod.

Skutočnosťou zostáva, že potreba energie a čerpanie energetických zdrojov zatiaľ stále rastú a predbiehajú rast počtu obyvateľov. Spolu s tým narastajú aj ekonomické a environmentálne problémy. Ľudská spoločnosť potrebuje dostatok energie na zabezpečenie výroby potravín a pitnej vody, hygienického spôsobu života, vykurovania a osvetlenia komunálnej sféry, pre priemyselnú výrobu, dopravu a pod. Existujú však možnosti energetických úspor, ktoré nám ponúkajú moderné technológie a elektronika a využitie nových, ďalších druhotných a najmä obnoviteľných nosičov energie. Toto sú rozhodujúce faktory, ktoré nás nútia hľadať nové energetické alternatívy, pričom je nevyhnutné klásť dôraz na ich priaznivý vzťah k životnému prostrediu.

Biomasa ako obnoviteľný nosič energie

Prečo je biomasa taká aktuálna? V procese fotosyntézy sa na zemi ročne vyprodukuje biomasa s chemickou energiou vyššou ako 3 000 EJ (E, t. j. predpona exa = 10¹⁸), zatiaľ čo súčasná celosvetová spotreba energie sa odhaduje na 300 EJ. Reálne hodnotenie využiteľnosti biomasy však nezávisí ani tak od jej celkového potenciálu, ako od súčasných technických možností hospodárneho využitia tohto obnoviteľného nosiča energie. Hornú hranicu energetického využitia biomasy určujú výlučne súčasné technické, ekonomické, environmentálne a sociálne možnosti, t. j. trvalo udržateľný rozvoj. Nateraz sa odhaduje vo výške asi 600 EJ, t. j. dvojnásobku súčasnej ­celosvetovej ročnej spotreby energie. Z toho vyplýva, že problém nie je v prírodných zdrojoch, ale v schopnostiach spoločnosti, ktorá dokáže využiť iba 20 % z toho, čo nám dáva príroda.

Súčasný stav využitia biomasy v sektore energetiky

Najväčšia časť biosurovinovej základne z poľnohospodárskej a lesnej produkcie, t. j. slnečná energia uložená v organických zlúčeninách uhlíka, sa v súčasnosti v energetike nevyužíva, resp. sa využíva nedostatočne, a tak sa z možnosti využívania lokálnych zdrojov stáva environmentálna záťaž. Z uvedených dôvodov sa na celom svete venuje značná pozornosť výskumu a vývoju rôznych technológií čo najvyššieho energetického využitia biomasy.

Energetická politika Slovenska

Slovensko je ako členský štát EÚ súčasťou širšieho hospodárskeho priestoru a politického zoskupenia. Energetická politika Slovenska je tak úzko previazaná s energetickou politikou EÚ, ale aj s vývojom ponuky a dopytu po energetických zdrojoch v svetovom hospodárstve. Výsledkom tejto politiky je makroekonomická stabilita, modernizácia národného hospodárstva, vysoké tempo ekonomického rastu a integrácie do EÚ.

Slovenská republika v súčasnosti dováža 90 % primárnych energetických zdrojov, a to najmä z Ruskej federácie. Spotreba elektrickej energie sa za ostatné tri roky zvýšila o 3 %. V dôsledku reštrukturalizácie ekonomiky, rastúcich cien energetických zdrojov, ale aj úsporných opatrení sa od roku 1990 do roku 2003 celková spotreba energie znížila o 30 %. Pritom naša energetická náročnosť je v porovnaní s priemerom v krajinách OECD takmer dvojnásobná. Do popredia sa v súvislosti s energetickou bezpečnosťou SR dostávajú aj úspory v podnikateľskej sfére a v domácnostiach a vhodný energetický mix.

Do roku 2010 by sa pod vplyvom rastúceho dopytu v priemysle a v doprave mala celková ponuka energetických zdrojov zvýšiť o 2,6 %, čiže na 18,7 Mtoe (Mtoe = 106 toe; 1 tona ropy predstavuje 1 tonu ropného ekvivalentu; 1 toe = 41,868 GJ), a finálna spotreba o 5,4 %, čiže na 12,3 Mtoe. Spotreba elektrickej energie by sa mala zvýšiť o 12 % – na 25,6 TWh (2,2 Mtoe) – a spotreba ropy o 2,9 % – na 3,5 Mtoe, pri konštantnej spotrebe plynu 4,1 Mtoe. Zvýši sa dopyt po elektrine vyrobenej z jadrovej energie a dopyt po rope a biomase.

Riziko sa spája najmä s vysokou závislosťou od dovozu fosílnych palív z jedného zdroja a so strategickými zásobami ropy. Z hľadiska energetickej bezpečnosti treba znížiť budúcu závislosť od dovozu elektriny pri predpokladanom ročnom náraste spotreby o 1,6 %, pretože pri väčšej než 15 % závislosti od dovozu elektriny je ohrozené fungovanie ekonomiky. Treba preto klásť dôraz predovšetkým na sebestačnosť vo výrobe elektriny a venovať pozornosť nielen spoľahlivosti a bezpečnosti energetickej sústavy, ale aj využitiu alternatívnych zdrojov energie na výrobu elektriny a tepla. Reštrukturalizácia ekonomiky a jej efektívne zapojenie sa do svetového hospodárstva sú nemysliteľné bez znižovania energetickej náročnosti a dosiahnutia energetickej bezpečnosti.

Aby sme dosiahli požadované ciele a priority v rámci energetickej bezpečnosti Slovenska, treba zvýšiť energetickú efektívnosť pri zohľadnení vplyvu na životné prostredie, podporovať rozvoj trhu súbežne so znižovaním energetickej závislosti SR od dovozu a kompletizovať prechod na konkurenčný energetický sektor.

Obnoviteľné nosiče energie

Potenciál obnoviteľných nosičov energie (ONE) predstavuje energiu, ktorú možno premeniť na iné formy energie za jeden rok a ktorej veľkosť je daná prírodnými podmienkami. Najväčší celkový energetický potenciál má slnečná energia. Tá časť potenciálu, ktorá sa dá využiť po zavedení dostupnej technológie, sa nazýva technický potenciál (obr. 1).

Obr. 1 Technický potenciál ONE
Zdroj: MH SR
PJ – peta Joule (1 015 J)
TJ – tera Joule (1 012 J)
(PJ = 1 000 TJ = 278 GWh pri elektrine, resp. 1 TWh = 3,6 PJ = 3 600 TJ)

Súčasné využívanie ONE získava na dôvere a zvyšuje sa jeho vplyv na energetickú bezpečnosť. Využívanie ONE v ostatných piatich rokoch v pomere k spotrebe energie jednoznačne narastalo. Podiel ONE na hrubej domácej spotrebe energie dosiahol v roku 2005 hodnotu 4,3 % a v súčasnosti je na úrovni 6,5 % (zdroj: MPH SR).

Využívanie ONE na výrobu tepla zásluhou biomasy zaznamenáva stabilný nárast. Spôsobuje ho postupná zmena palivovej základne väčších zdrojov, ako aj zvýšené využívanie kotlov na biomasu v domácnostiach z dôvodu rastúcich cien zemného plynu. Primárna produkcia elektriny z ONE sa však v ročnom porovnaní podstatne mení, pretože závisí od výroby vo veľkých vodných elektrárňach.

Biomasa a jej potenciál v podmienkach Slovenska

Biomasa má najväčší technický potenciál (120 PJ), ktorý predstavuje 15 % z hrubej domácej spotreby energie (celkovej ročnej spotreby energie) SR. Biomasa má veľkú perspektívu pri výrobe tepla na vykurovanie, najmä v centralizovaných vykurovacích systémoch vo forme drevných štiepok a slamy a v domácnostiach vo forme peliet a brikiet. Pomerne rýchlym riešením zvýšeného využívania biomasy je spoluspaľovanie s fosílnym palivom v tepelných elektrárňach a pri kombinovanej výrobe elektriny a tepla (teplárne). V prípade väčších zariadení je najdôležitejším faktorom optimalizácia logistických nákladov.

Biomasa je základnou surovinou na výrobu biopalív. V súčasnosti sú dostupné biopalivá 1. generácie, ktoré budú dominovať pri napĺňaní cieľa 5,75 % obsahu v motorových palivách v roku 2010. Je predpoklad, že do 10 rokov sa rozvinú technológie na výrobu 2. generácie biopalív, ktoré nahradia významnú časť fosílnych palív využívaných na dopravu. Táto nová generácia biopalív dosiahne oveľa vyššie úspory skleníkových plynov a lepšie kvalitatívne parametre pre spaľovacie motory.

Ďalšou možnosťou využitia biomasy je výroba bioplynu. Bioplyn vyrobený z poľnohospodárskej biomasy, exkrementov hospodárskych zvierat, biologicky rozložiteľných komunálnych odpadov a priemyselného organického odpadu (napr. parkové a záhradné bioodpady, kaly z čistiarní odpadových vôd, potravinárske odpady z konzervárenských, mliekarenských, jatočných prevádzok a pod.) možno využívať na výrobu elektriny a tepla.

Nové technológie na energetickú premenu biomasy umožňujú v poľnohospodárstve využiť neobrábané alebo spustnuté pôdy na pestovanie vysokoúrodných šľachtených alebo introdukovaných plodín. Tieto nové technológie predstavujú potenciál účelovo pestovanej biomasy, ktorý sa odhaduje na 32 PJ (obr. 2).

Obr. 2 Technický potenciál biomasy a jej využívanie
Zdroj: MH SR

Využívanie biomasy je vzhľadom na jej technický potenciál nedostatočné a menšie ako avizovaných 15 % (z celkovej ročnej spotreby energie SR). V pomere k hrubej spotrebe energie sa biomasa využívala v roku 2005 len v objeme menšom ako 2 %, pričom priemer EÚ dosiahol viac ako 4 %.

Predpoklady pre nárast uplatnenia biomasy v sektore energetiky

Vedecké a technologické ciele výskumných pracovísk vo vzťahu k sektoru bioenergetiky sú tieto:

• umožniť efektívne zvýšenie pestovania biomasy na plantážach s krátkym rubným časom a s recykláciou odpadovej vody a splaškových kalov na zavlažovanie a hnojenie, a tak až 3-násobne zvýšiť súčasnú produkciu technickej biomasy na Slovensku,
• umožniť bezpečné a efektívne využívanie odpadovej vody a splaškových kalov na plantážach s krátkym rubným časom,
• propagovať pestovanie biomasy na plantážach s krátkym rubným časom na Slovensku s odovzdaním vytvoreného „know-how“ európskej únie potenciálnym záujemcom o plantážnictvo energetických drevín a plodín.

Očakávané výsledky v oblasti výskumu a vývoja na výrazné zvýšenie využitia obnoviteľných nosičov energie – biomasy – sú:

• vývoj podporných nástrojov na rozhodovanie vo veci selekcie optimálnych odrôd, 
• výber najvhodnejších druhov/odrôd na použitie v rôznych regiónoch Slovenska, a to na báze miestnych klimatických podmienok, charakteristických vlastností pôdy, kvality odpadovej vody a kalov, ktoré sú k dispozícii na použitie, a na základe miestnej trhovej situácie pre pestovanú biomasu,
• výber najvhodnejších postupov a metodík zakladania energetických plantáží, intenzity zavlažovania a hnojenia, použitia doplnkových hnojív a pri intervaloch zberu zohľadňovanie špecifických miestnych podmienok (klíma, kvalita odpadovej vody a kalov a vlastnosti pôdy),
• ekonomická optimalizácia systému pestovania a zberu pre rôzne regióny Slovenska,
• efektívne využitie biomasy pestovanej na plantážach na regionálnom trhu,
• metodická príručka pre kľúčových politických „hráčov“ vo vzťahu k regionálnemu uplatneniu využívania odpadovej vody a kalov pri pestovaní technickej biomasy na energetických plantážach.

prof. Ing. Jozef Víglaský, CSc.
Foto: autor
Obrázky: MH SR

Autor pôsobí na Katedre environmentálnej techniky Fakulty environmentálnej a výrobnej techniky TU vo Zvolene, ďalej ako predseda SK-BIOM a člen výboru Európskej asociácie pre biomasu v Bruseli.

Príspevok podporila EÚ ako projekt 012429 – BIOPROS „Riešenie pre bezpečnú aplikáciu odpadových vôd a kalov pre vysokoúčinnú produkciu biomasy na plantážach rýchlorastúcich drevín“, v ktorom je Slovensko zastúpené cez SK-BIOM, 2005-2008.