Biomasa to najstarsze i najcześciej wykorzystywane źródło energii odnawialnej. Stanowi całą istniejącą na Ziemi meterię organiczną, a wszystkie jej stałe lub ciekłe substancje pochodzena roślinnego i zwierzęcego ulegające biodegradacji. Wykorzystanie biomasy pozwala spożytkować odpady oraz zagospodarować nieużytki. Można wyróżnić biomasę mikroorganizmów, zoomasę (czyli biomasę zwierząt) oraz fotomasę (biomasa roślin). W ekosystemach dznaczyć można również biomasę producentów (tworzoną w procesie fotosyntezy) oraz biomasę konsumentów (tworzoną kosztem biomasy producentów). Obie te masy materii stanowią całkowitą biomasę biocenozy. Poprze fotosyntezę dochodzi do kumulacji energii słonecznej w biomasie, którą można wykorzystać dla celów człowieka. Przetwarza się ją na inne formy energii poprzez spalanie samej biomasy lub produktów jej rozkładu. W wyniku czego, uzyskuje się ciepło, które może być zamienione na inne rodzaje energii. Biomasa stanowi trzecie, co do wielkości, naturalne źródło energii na świecie.

Poroduktami wykorzystywanymi do celów energetycznych są najczęściej:

  • osady ściekowe,
  • drewno o niskiej jakości technologicznej oraz odpady drzewne,
  • słoma i inne odpady produkcji rolniczej,
  • oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce,
  • wodorosty, które uprawia się specjalnie do tych celów,
  • odpady organiczne (łodygi kukurydzy, lucerny czy trawy, wysłodki buraczane).

W Polsce na potrzeby biomasy uprawiane są rośliny szybko rosnące, takie jak: róża wielokwiatowa, rdest sachaliński, wierzba wiciowa, ślazowiec pensylwański, topinambur oraz trawy wieloletnie (np. prosto rózgowe, miskant olbrzymi, palczatka Gerarda).

Spalanie biomasy jest korzystniejsze dla środowiska, gdyż zawira ona mniej szkodliwych pierwiastków niż np. paliwa kopalne. W tym procesie powstaje tkże mniej dwutlenku węgla wnoszonego do atmosfery, dzięki czemu zmniejsza się ryzyko globalnego ociaplenia. Ogrzewanie biomasą jest bardzo opłacalne, ponieważ jej ceny są konkurencyjne na rynku paliw. Jedyną wadą spalania biomasy jest wydzielanie się podczas tego prcesu szkodliwych substancji tłuszczy i białek. Energię pochodzącą z biomasy uzyskuje się nie tylko z jej bezpośredniego spalania, lecz także z jej zgazowania, estryfikacji lub fermentacji.

Biopaliwa płynne

O ile na świecie wśród biopaliw dominuje bioetanol, to rynek biopaliw w krajach Unii Europejskiej zdominowany jest wciąż przez biodiesel, stanowiący ponad 80% objętości ogólnej produkcji biopaliw. Popularność biodiesla wynika z faktu, iż może być użyty w czystej formie lub w dowolnej mieszaninie z olejem napędowym. Mówiąc o biopaliwach, myśli się obecnie najczęściej o biopaliwach pierwszej generacji, takich jak:

  • bioetanol (BioEtOH) rozumiany jako konwencjonalny etanol, otrzymywany z procesów hydrolizy i fermentacji z takich surowców jak: zboża, buraki cukrowe itp.,
  • czyste oleje roślinne (PVO-pure vegatable oils) otrzymywane z procesów tłoczenia na zimno i ekstrakcji ziaren roślin oleistych,
  • biodiesel stanowiący estry metylowe oleju rzepakowego (RME) lub estry metylowe (FAME) i etylowe (FAEE) wyższych kwasów tłuszczowych innych roślin oleistych, otrzymywane w wyniku procesów tłoczenia na zimno, ekstrakcji i transestryfikacji,
  • biodiesel stanowiący estry metylowe i etylowe, otrzymywany w wyniku trasestryfikacji posmażalniczych odpadów olejowych,
  • biogaz powstający wskutek oczyszczenia zawilgoconego biogazu składowiskowego bądź rolniczego,
  • Bio-ETBE otrzymywany z preróbki chemicznej bioetanolu.

Natomiast przewiduje się, że w ciągu kilku najbliższych lat na rynku pojawi się II generacja biopaliw transportowych, wytwarzanych z roślin niekonsumcyjnych-energetycznych czy odpadów. Są to między innymi:

  • bioetanol otrzymywany w wyniku zaawansowanych procesów hydrolizy i fermentacji lignocelulozy pochodzącej z biomasy (z wyłączeniem surowców o przeznaczeniu spożywczym),
  • synteteyczne biopaliw stanowiące produkty przetwarzania biomasy poprzez zgazowanie i odpowiednią syntezę na ciekłe komponenty poliwowe (BtL), paliwa do silników o zapłonie samoczynnym pochodzące z przetwarzania lignocelulozy z biomasy w prcesach Fischer-Tropscha, biodiesel syntetyczny z kompozycji produktów lignocelulozowych, biometanol, mieszaniny wyższych alkoholi oraz dimetyloeter (bio-DME),
  • biodiesel, jako paliwo lub komponent paliwowy do silników o zapłonie samoczynnym otrzymywny w wyniku rafinacji wodorem (hydrogenizacji) olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych,
  • biogaz jako syntetycznie otrzymywany gaz ziemny (SNG), otrzymywany w wyniku procesów zgazowania lignocelulozy i odpowiedniej syntezy,
  • biowodór otrzymywany w wyniku zgazowania lignocelulozy i syntezy produktów zgazowania lub w wyniku procesów biochemicznych.

Biogaz

Biogaz jest gazem fermentacyjnym powstającym w wyniku aktywności metanogennych bakterii beztlenowych, powodujących rozkład substancji organicznej. Głównym składnikiem biogazu jest metan CH4 i dwutlenek węgla CO2. Pozostałe składniki biogazu to: azot N2, oraz śladowe ilości siarkowodoru H2S oraz amoniaku NH3 (przy prawidłowej eksploatacji bioreaktora). Zawartość metnu w biogazie zawiera się w szerokich granicach od 42% do 85% (70-80% w przypadku gnojowicu trzody, 55-57% gnojowicy bydła, 60-80% pomiotu drobiu). Skład biogazu zależy od procesu technologicznego i zastosowanych substratów. Procentowy udział matanu w biogazie stanowi o wartości opałowej tego paliwa. Im większy jego udział, tym większa wartość kaloryczna biogazu. Biogaz o zawartości 65% matanu ma wartość kaloryczną 23 MJ/m3.

Biogaz może powstawać samorzutnie w prcesach rozkładu substancji organicznej lub można produkować go celowo. Ze względu na rodzaj substratu wykorzystywanego do wytwarzania biogazu mażna wyróżnić:

  • źródła zwierzęce - gnojowica, obornik,
  • źródła pochodzące z produkcji roślinnej - odpady organiczne, osad ściekowy,
  • źródła komunalne - odpady organiczne, osad ściekowy,
  • źródła pochodzące z przemysłu spożywczego - odpady z mleczarni, browaru, cukrowni, rzeźni, itp.

Biogaz o dużej zawartości metanolu (powyżej 40%) może być wykożystywany do celów użytkowych, głównie do celów energetycznych lub w innych procesach technologicznych. Typowe przykłady wykorzystania biogazu obejmują:

  • produkcję energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,
  • produkcję energii cieplnej w przystosowanych kotłach gazowych,
  • produkcję energii elektrycznej i cieplnej w jednostkach skojażonych,
  • dostarczanie uzdatnionego biomatanu do sieci gazowej,
  • wykorzystanie gazy jako paliwa do silników trakcyjnych/pojazdów,
  • wykorzystanie gazu w procesach technologicznych, np. w produkcji metanolu.

Cykl wytwarzania biogazu jest zintegrowanym systemem wykorzystania zasobów naturalnych, unieszkodliwiania odpadów organicznych, zawracania i dystrybucji składników nawozowych, produkcji energii odnawialnej, co przynosi korzyści zarówno energetyczne, środowiskowe jak i rolnicze:

  • Dzięki produkcji biogazu z odchodów zwierzęcych w biogazowniach rolniczych następuje elminacja patogenów w procesie higienizacji, takich jak: bakterie Salmonelli, Escherichia Coli, tuberkulozy, wirusy pryszczycy.
  • Osiąga się poprawę warunków nawożenia pól uprawnych w porównaniu z nie przefermentowaną gnojowicą.
  • Odpad pofermentacyjny wykorzystywany jest jako nawóz naturalny co redukuje potrzeb e stosowania innych nieorganicznych nawozów.
  • Poprawia się zdolność utrzymania równowagi humusu w glebie i niszczenia nasion chwastów, a tym samym zmniejsza sie zużycie chemicznych środków ochrony roślin.
  • Redukuje się odory w ponad 80%. Proces fermentacji stabilizuje odpady organiczne (nie zagniwają i nie wytwarzają nieprzyjemnych zapachów) co pozwala na ich łatwiejsze i dłuższe przechowywanie.
  • Zmniejsza się ryzyko zanieczyszczenia wód gruntowych i powierzchniowych (spadek NO3, NO2 oraz czynników chorobotwórczych).
  • Redukuje się emisję gazów cieplarnianych, podtlenku azotu oraz metanu, który jest około 20 razy bardziej szkodliwy w porównaniu z dwutlenkiem wegla.
  • Zmniejsza sie zużycie kopalnych surowców energetycznych oraz emisję związków powstających podczas ich spalania.
  • W porównaniu do innych źródeł energii odnawialnych takich jak energia wiatrowa i słońca wytwarzanie bigazu zachodzi w sposób ciągły i nie jest zależne od warunków pogodowych.

Zastosowanie instalacji wykorzystującej fermentację beztlenową nie powoduje eliminacji odpadów organicznych lecz poprawia proces zarządzania odpadami. Pomimo występowania pewnych kosztów związanych z planowaniem i zarządzaniem odpadami zasotosowane procesu fermentacji beztlenowej jest skuteczne i wydajne oraz sprzyjające środowisku. Biogazownia jak każda instalacja może potencjalnie wywoływać negatywny wpływ na środowisko. Jednakże dobrze zaprojektowana, właściwie prowadzona instalacja oraz odpowiednio zastosowana technologia dobrana indywidualnie do warunków minimalizuje środowiskowe jak i ekonomiczne implikacje. Reasumując, skutki środowiskowe uruchomienia biogazowni rolniczej są zdecydowanie korzystne.