Fakultet tehničkih nauka Novi Sad Departman za inženjerstvo zaštite životne sredine

Predmet: Mašinstvo u inženjerstvu zaštite životne sredine

BRIKETIRANJE I PELETIRANJE BIOMASE

Novi Sad, 2009

2 / 7

1 BIOMASA – SIROVINA ZA BRIKETIRANJE I PELETIRANJE

Opšti pojam biomase veoma je širok i podrazumeva organsku materiju biljnog i životinjskog porekla koja je obnovljiva. Neophodno je istaći da primarna prednost biomase kao izvora energije nije u njenom ogromnom potencijalu, pošto je isti iskoristiv samo ograničeno, već u obnovljivosti. Upravo obnovljivost daje suštinsku prednost biomasi nad klasičnim, fosilnom gorivima koja su u relevantnom vremenskom periodu neobnovljiva i samim time ne mogu biti osnov za planiranje održivog rasta koji podrazumeva racionalno korišćenje energije. Pored ovoga, u poreñenju sa drugim izvorima energije koji se obnavljaju kao što je sunčeva energija i energija vetra, biomasa je energija koju je moguće skladištiti, jeftina je i efikasna. U energetskom kontekstu, biomasa podrazmeva veliki broj materijala sa potpuno različitim osobinama koji se mogu koristiti kao gorivo. Biomasa se može klasifikovati u sledeće grupe:

• Poljoprivredna biomasa o drvena biomasa iz voćnjaka i vinograda, o ostaci od gajenja i prerade poljoprivrednih kultura (pšenična slama, sojina

slama, suncokretova ljuska, kukuruzovina, oklasje kukuruza itd.) o ekskrementi (izmeti) domaćih životinja (proizvodnja biogasa)

• Šumska biomasa (drvni otpad u obliku kore drveta, sitnih grančica itd.) o biomasa od eksploatacije listopadnog drveća, o biomasa od eksploatacije četinara, o drvo za ogrev, o energetsko rastinje.

• Otpad nastao kod prerade drveta o drvna piljevina, strugotina, opiljci, o otpadno rezano drvo (graña, daske) o ostaci iverice/daske od vlakana, furnir koji sadrži opasne materije

• Otpadna biomasa iz industrije i komunalnih delatnosti o biomasa iz komunalnog otpada, o ostaci hrane, o otpad iz prehrambene industrije,

Glavni proces akumulacije biomase što se energije tiče zasnovan je na fotosintezi.

Ovo je proces kojim biljke pretvaraju sunčevu energiju u biomasu pošto je Sunce nepresušan izvor energije. Zelene biljke su jedine sposobne da apsorbuju sunčevu energiju uz pomoć zelenog pigmenta tj. hlorofila. On pretvara ovu energiju u hemijsku energiju organskog porekla uz pomoć ugljen - dioksida i vode.

2 BRIKETIRANJE I PELETIRANJE

Tehnologija briketiranja - peletiranja je postupak prilikom kojeg se usitnjeni materijal

pod visokim pritiskom pretvara u kompaktnu formu velike zapreminske mase, pogodne za dalju manipulaciju i korišćenje. Konačan proizvod briketiranja naziva se briket, a proizvod peletiranja je pelet. Proces briketiranja primenjuje se odavno u rudnicima uglja. Na klipnoj presi presuje se prašina i sitni otpaci od uglja. Reč „briquet” na engleskom jeziku znači cigla ili opeka. Zbog toga briket može da bude u obliku opeke (prizmatičan) ili u obliku cilindričnog valjka. Reč „pellet” na engleskom znači loptica, kuglica ili valjak.

Pod briketima se podrazumeva proizvod tehnološkog postupka briketiranja - kompaktna forma biomase koja ima daleko veću zapreminsku masu, nego što je to zapreminska masa materijala biomase od koga je briket napravljen. Sam postupak

3 / 7

briketiranja se sastoji u sabijanju lignoceluloznog materijala u što manju zapreminu pomoću presa.

Slika 1: Primer izgleda briketa.

Slika 2: Primer izgleda peleta.

Peletiranje je tehnologija koja doživljava dinamički razvoj poslednjih godina.

Karakteristika peletiranja je da u datom trenutku vremena nastaje n-peleta (mnoštvo peleta), za razliku od briketa gde se obično obrazuju briketi redom: jedan po jedan. Izrada peleta je zahtevnija od izrade briketa. Materijal mora biti homogen, samleven u veoma sitnu frakciju i, u većini slučajeva, tretiran vodenom parom. Najveća prednost peleta je pogodnost primene u potpuno automatizovanim procesima spaljivanja. Za zagrevanje kuća, pelete se izrañuju u prečniku od 6-8 mm.

2.1 Podela briketa i peleta

Podela briketa i peleta može se izvršiti prema nameni, obliku, energetskoj moći,

zapreminskim masama i broju komponenata koji ga čine na sledeći način: • prema nameni na:

o energetske; o za organsko ñubrivo; o za stočnu hranu;

• prema obliku na: o brikete - koji u poprečnom preseku mogu biti kružni, poligonalni i drugi,

obrazujući na taj način obla - cilindrična tela ili uglasta tela oblika prizme, poliedra i dr., obično se koriste u energetske svrhe;

o pelete - u obliku lopte, tetraedra, kocke, oktaedra i dr., obično se koriste za prehranu domaćih životinja;

• prema energetskoj moći energetski briketi se mogu podeliti prema donjoj toplotnoj moći na klase (na primer I, II i III klasa);

• prema zapreminskim masama na: o teške brikete (čija je zapreminska masa preko 1000 kg/m3);

4 / 7

o lake brikete (do max. 400 - 650 kg/m3); • prema broju komponenata koji učestvuju u formiranju briketa biobriketi se mogu

podeliti na: o jednokomponentne brikete načinjene samo od biomase (gde može biti

zastupljena samo jedna ili više vrsta masa biljnog porekla u njenom sastavu); o kompozitne brikete, kada se osnovnoj biomasi mogu dodavati jedna ili više

aditivnih komponenata (lepila, veziva) koje nisu biljnog porekla u cilju poboljšavanja termičkih, fizičkih, mehaničkih ili estetskih svojstava.

3 PRINCIPI I TEHNOLOGIJE BRIKETIRANJA I PELETIRANJA

Najbitniji tehnološki faktori koji utiču na gustinu i čvrstoću gotovog briketa i peleta mogu se izdvojiti kao:

• vrsta materijala (sirovine koja se sabija), • pritisak sabijanja materijala, • temperatura sabijanja materijala, • veličina čestica (usitnjenost) materijala, • vlažnost materijala

Veličina pritiska prese odreñuje se na osnovu fizičkih svojstava materijala.

Povećanom pritisku odgovara veća zbijenost materijala (gustina) i obrnuto. Na zbijenost i čvrstoću briketa i peleta, sem pritiska prese, utiče i sadržaj vlage u materijalu i usitnjenost materijala. Ako je sadržaj vlage u materijalu veći od 15% ili je manji od 10%, zbijenost briketa se smanjuje, pri istom pritisku i istom poprečnom preseku briketa. Sa povećavanjem sadržaja vlage u materijalu potrebna je veća sila presovanja da bi se meñusobno zbližile i povezale čestice materijala. Ovo je poznato pošto se zna da je voda nestišljiva, odnosno za istiskivanje suvišne vode iz materijala potrebno je obezbediti dodatnu silu ili energiju. Nasuprot ovome, kod manjeg sadržaja vlage (od optimalnih 10-15%) u materijalu, materijal je dovoljno elastičan i teško ga je sabijati, i pri prestanku pritiska sabijeni materijal se širi i puca.

Generalno gledano tehnologije izrade briketa i peleta podrazumevaju sledeće operacije:

• usitnjavanje sirovine do odreñene granulacije, • sušenje sirovinskog materijala do odreñene vlažnosti, • transport usitnjenog materijala, • doziranje sirovine, • dodatno vlaženje sirovine (ako je potrebno), • sabijanje u presama za briketiranje/peletiranje, • skraćivanje briketa na potrebnu dužinu (kod briketiranja), • hlañenje i pakovanje gotovih briketa/peleta.

Kod vlažnih materijala ova procedura može biti dopunjena internim skladištima i

sušarama koje treba da dovedu biomasu na potrebnu vlažnost za briketiranje/peletiranje. Postoje razne tehničke izvedbe prese za briketiranje i peletiranje, a prema principu

rada prese se mogu podeliti na: • mehaničke u okviru kojih se razlikuju

o klipne prese (slika 3a), o vijčane prese - sa jednim, ili više zavojnih vretena (slika 3b), o valjak - prese sa ravnim i cilindričnim matricama (slike 4 i 5),

• hidraulične.

5 / 7

Uglavnom se hidraulične prese za briketiranje koriste kod proizvodnje sa manjim obimom. Na primer u stolarskim radionicama, fabrikama nameštaja kao način za iskorištavanje otpadne drvne piljevine. Mehaničke prese se većinom koriste za proizvodnju sa većim obimom, kod postrojenja koja se isključivo bave briketiranjem.

a) b)

Slika 3: Šematski prikaz klipne prese (a) i prese sa zavojnim vretenom (b)

Glavna mašina proizvodne linije peleta je valjak – presa (matrična presa, ekstruder, peletirka), koja istiskuje pelete pod velikim pritiskom. Izrañuje se u nekoliko konstrukcionih varijanti, kao tanjirasta, ravna ili prstenasta. Matrica za istiskivanje izrañena je od tvrdog, oplemenjenog, čelika i na njoj se nalazi sistem otvora odgovarajućih prečnika. Iznad njih, na tačno odreñenom razmaku, odvajaju se, prilikom njihovog okretanja, pritisni valjci koji kroz otvore matrice istiskaju materijal koji se prerañuje. Pri tome nastaje velika toplota usled trenja, koja oslobaña i omekšava lignin koji se nalazi u sirovini. Lignin, zajedno sa dodanim organskim vezivom, npr. kukuruznim brašnom, obezbeñuje čvrstinu peleta. Pre prelaska u prostor matrice i transportera sirovina se malo površinski vlaži da bi peletiranje proticalo lakše. Postoje i drugi sistemi, npr. na bazi dva zupčanika koja su meñusobno postavljena jedan naspram drugog. Hlañenje peleta posle izlaska iz peletirke je veoma bitno i neophodno. Slika 4 prikazuje šeme dve tehničke izvedbe valjak prese za peletiranje:

• a) Valjci za istiskivanje peleta se nalaze unutar prstenaste matrice (materijal ulazi u unutrašnjost matrice a gotovi peleti se istiskaju prema spoljašnjosti prstenaste matrice);

• b) Dve prstenaste matrice obrću se u suprotnim smerovima (materijal ulazi po spoljašljem obodu prstenastih matrica a gotovi peleti se istiskaju prema unutrašnjosti)

a) b)

Slika 4: Šematski prikaz valjak – prese sa prstenastom matricom

6 / 7

Slika 5: Šematski prikaz valjak – prese sa kružnim kalupom - matricom

U pogledu pokretnosti briketirke/peletirke mogu biti:

• stacionarnog tipa (postrojenje je smešteno u namensko objekat na lokaciji sa ekonomski opravdanim radijusom dopremanja biomase na terminal) i

• mobilnog tipa (samohodni agregat za istovremeno pokretanje, sakupljanje, pripremanje kroz faze usitnjavanja, sušenja i sabijanja). Takva su mobilna postrojenja za briketiranje slame, granjevine, orezine loze, voćarstva i dr. U slučaju da se briketiranje obavlja direktno u polju dolazi do znatnog smanjenja

troškova transporta usled povećanja zapreminske mase. Ali u ovom slučaju javlja se utrošak pogonskog goriva u procesu briketiranja. Na primer, mobilne briketirke priključuju se na vratilo traktora i njihov pogon se obezbeñuje kroz utrošak dizel goriva. Sa druge strane stacionarne briketirke povećavaju troškove manipulacije sa žetvenim ostacima, i po pravilu zahtevaju mnogo veća ulaganja koja uključuju i grañevinske objekte.

4 PRIMERI NAMENSKIH BRIKETA

Pored energetskih briketa i peleta mogu se proizvoditi briketi koji u zavisnosti od sastava mogu da služe za drugačije namene. Ovde su navedena dva primera namenskih briketa.

• Briketi od humusa : Humus zapreminski smanjen 4 – 5 puta u odnosu na izvornu težinu i vlagom smanjenom ispod 25 %. Zemljišne mešavine koje se koriste kao podloga za uzgoj biljaka se briketiraju po raznim tehnologijama. Dimenzije i oblici variraju, a obično su kružnog ili kvadratnog preseka;

• Briketirana hrana za životinje: Postupkom briketiranja-peletiranja iz biomase mogu se dobiti proteinsko-energetska hraniva pogodna za manipulaciju, skladištenje i transport. Ova hraniva se prvenstveno koriste za pripremu krmnih smeša za ishranu preživara i divljači. Za dobijanje finalnog proizvoda biohrane za životinje koriste se razne sirovine iz poljoprivredne proizvodnje, prerade semena, silosni ostaci te ostaci iz prehrambene industrije. Procesom briketiranja stočne hrane, smanjuje se njena zapremina i povećava

specifična masa. Time se potreban prostor za smeštaj hraniva smanjuje oko tri puta. Dalja prednost briketirane stočne hrane je u mogućnosti uvrećavanja briketa, pogodnijeg pakovanja, što olakšava uskladištenje i transport.

7 / 7

Slika 6: Briketi od humusa. Slika 7: Briketirana biohrana.

Presovanjem slame uz dodatak kaustične sode (NaOH) od 3 i 5% u presama sa

valjcima moguće je razbiti nesvarljive ligninske opne, te svarljive sastojke slame učiniti dostupnim sokovima varenja, odnosno time povećati svarljivost slame.

5 PREDNOSTI I NEDOSTACI BIOBRIKETA

Briketi dobijeni dobijeni od biomase kao sirovinskog materijala (biobriketi) imaju

odreñene prednosti i nedostatke. Prednosti upotrebe biobriketa kao energetskog goriva:

• pogodni su za loženje kaljavih peći, kamina, u kaminskim ulošcima, pećima, kotlovima na drvo i automatskim kotlovima i zamenjuju ogrevno drvo,

• laka i čista manipulacija (sagorevanjem i manipulacijom briketa ne javlja se prašina i dim, što je važan momenat kod održavanja higijene prostorija),

• dobijanje biobriketa može biti bez učešća vezivnih sredstava (lepila) što bitno doprinosi pojeftinjenju procesa proizvodnje i poboljšanju njegove vrednosti sa aspekta zaštite životne sredine,

• sprečavaju stvaranje čañi u kotlovima, • prilikom sagorevanja ostaje minimalna količina finog pepela (2-7 puta manje nego

kod uglja) koji može da se iskoristi kao prirodno ñubrivo, • ekološko gorivo koje čuva životnu sredinu, • proces spaljivanja karakteriše nizak stepen emisija gasova, • prijatan miris sečenog drveta, • biogoriva sadrže neznatne količine sumpora pa u produktima nema sumpor -

dioksida (što je neizbežan produkt sagorevanja fosilnih goriva), • kalorična vrednost briketa dobijena iz različitih organskih materija, može da iznosi

15 - 20 MJ/kg, što odgovara kaloričnoj vrednosti mrkog uglja, • obnovljiv izvor energije, • dobra dostupnost sirovine.

Meñutim, i pored mnogih prednosti briketi na bazi biomase imaju i odreñene

nedostatke koji se uglavnom odnose na biomasu kao sirovinu za briketiranje. Nedostatci biomase kao sirovine za briketiranje su sledeći:

• manipulacioni problemi kod sakupljanja, pakovanja i skladištenja biomase, • periodičnost nastanka biomase, • velika vlažnost sirove biomase, • razuñenost sirovine - kabasta sirovina,