prelom revije kghvp 2012

Naučno stručni časopis, UDK 43 ISSN 0354-2092 COBISS.SR-ID 47264012

godište XXII godina 2012. broj 1-2

Izdavač: Nacionalno naučno društvo za poljoprivrednu tehniku, Novi Sad, Trg Dositeja Obradovića 8, tel/fax: (021) 475-0468, e-mail: [email protected], Suizdavači: Vojvođansko društvo za poljoprivrednu tehniku, Novi Sad, Departman za poljoprivrednu tehniku poljoprivrednog fakulteta u Novom Sadu; Glavni i odgovorni urednik: prof. dr Nedeljko Malinović; Urednik: prof. dr Jan Turan; Urednici broja: prof. dr Miladin Brkić, prof. dr Todor Janić; Tehnički urednik broja: prof. dr Todor Janić; Uređivački odbor: prof. dr Jan Turan, prof. dr Miladin Brkić, akademik dr Miloš Tešić, prof. dr Nikola Đukić, prof. dr Nedeljko Malinović, prof. dr Milan Martinov, prof. dr Miroslav Plavšić, dr Ivan Radović, doc., prof. dr Ivan Pešenjanski, prof. dr Žarko Ilin, dr Lidija Perić, dr Miodrag Zoranović, doc, prof. dr Todor Janić; Lektor broja: Radmila Brkić, prof. književnosti, Prevodilac: dr Ognjan Lužanin, UDK: Slađana Beker, Korektor: prof. dr Miladin Brkić; Unos teksta: Autori i uredništvo; Rešenjem Ministarstva informacija Republike Srbije broj 651-36/97-03 od 03.02.1997, časopis je upisan u registar sredstava javnog informisanja pod brojem 2303; Prepress: dr Todor Janić [email protected]; Štampa: Tampograf, Novi Sad, Tiraž 300

CIP – Katalogizacija u publikaciji. Biblioteka Matice srpske, Novi Sad - 631.6. REVIJA agronomska saznanja: naučno stručni časopis / glavni i odgovorni urednik Nedeljko Malinović. God. 5, br. 5 (1994) – Novi Sad: Jugoslovensko društvo za poljoprivrednu tehniku, 1994-..llustr; 30 cm. Dvomesečno. Je nastavak: Revija poljoprivredna tehnika = ISSN 0354-2092. ISSN 0354-5865. COBISS.SR-ID 47264012

XI NAUČNO-STRUČNI SKUP

"KLIMATIZACIJA, GREJANJE, HLAĐENJE I VENTILACIJA U

POLJOPRIVREDI"

VII NAUČNO-STRUČNI SKUP

„AGROPROCESING“

U ovom broju časopisa štampani su radovi koji se odnose na način korišćenja čvrste, tečne i gasovite biomase za dobijanje energije. U štampanom materijalu dat je prikaz stanja i smernice koje bi trebale sadašnjim i budućim korisnicima biomase u cilju dobijanja energije da predstave nova tehnološko-tehnička rešenja koja se koriste u te svrhe, kao i da usmeri na načine projektovanja postrojenja za korišćenje biomase u svrhu produkovanja energije, konstruisanja opreme za navedena postrojenja i predstavi načine eksploatacije takvih postrojenja sa imperativom značajnijeg povećanja energetske efikasnosti. Zajednički imenilac nabrojanog se odnosi na ekonomsku, ekološku i energetsku održivost korišćenja čvrste, tečne i gasovite biomase u svrhu dobijanja energije.

Časopis će biti dostavljen učesnicima XI naučno-stručnog skupa „ENERGIJA i AgroPROCESing 2012“, koji se održava 24.10.2012. god. u Kongresnoj sali Master centra Novosadskog sajma.

Ove godine tema navedenog skupa je: „BIOMASA - ČVRSTA, TEČNA I GASOVITA“

Kao i u proteklih deset godina ovaj naučno-stručni skup je organizovan sa ciljem da se u Srbiji da doprinos kvantitativnom i kvalitativnom napretku u korišćenju biomase za produkciju energije iz ostataka primarne poljoprivredne proizvodnje, prehrambene industrije i komunalnog otpada.

Treću godinu za redom, skup će se internet konekcijom prenositi u realnom vremenu na šest kontinenata odakle se očekuju uključenja u diskusiju i konkretni rezultati u nauci i privrednoj praksi.

Na kraju, zahvaljujemo se svim sponzorima na materijalnoj podršci za štampanje časopisa i organizaciji navedenih skupova: generalnom sponzoru "PRO-X BRONTO" iz Odžaka, Pokrajinskom sekretarijatu za nauku i tehnologiju i ostalim sponzorima. Posebno se zahvaljujemo Pokrajinskom sekretarijatu za energetiku i mineralne sirovine Izvršnog veća Vojvodine na materijalnoj podršci i korektnoj saradnju u zajedničkoj organizaciji skupa u okviru DANA ENERGETIKE i Sajma investicija u Master centru Novosadskog sajma.

Prof. dr Miladin Brkić

Prof. dr Todor Janić

XI NAUČNO-STRUČNI SKUP

"KLIMATIZACIJA, GREJANJE, HLAĐENJE I VENTILACIJA U

POLJOPRIVRE i

VII NAUČNO-STRUČNI SKUP

„AGROPROCESING“ PROGRAMSKI ODBOR SKUPA

Dr Miladin Brkić, red. prof., predsednik Dr Milan Martinov, red. prof. Dr Miloš Tešić, red. prof. Dr Davor Kralik, red.prof., Osjek, Dr Kiril Lisickov, red.prof., Skoplje, Dr Kornel Kovač, red.prof., Segedin Dr Todor Janić, vanr.prof. Zorica Gluvakov, dipl.ing., sekretar

ORGANIZACIONI ODBOR SKUPA Dr Todor Janić, vanr.prof. predsednik Dr Miladin Brkić, red. prof. Dr Nikola Đukić, red. prof. Dr Jan Turan, vanr.prof, Dr Miodrag Zoranović, doc. Mr Đorđe Đatkov, asistent. Zorica Gluvakov, dipl.ing., sekretar

ORGANIZATORI SKUPA Vojvođansko društvo za poljoprivrednu tehniku, Novi Sad Poljoprivredni fakultet, Departman za poljoprivrednu tehniku, Novi Sad Izvršno veće Vojvodine, Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine, Novi Sad

SUORGANIZATOR SKUPA Jugoslovensko naučno društvo za poljoprivrednu tehniku, Novi Sad

POKROVITELJI SKUPA Izvršno veće Vojvodine Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine Pokrajinski sekretarijat za nauku i tehniologiju

GENERALNI DONATOR

"PRO-X BRONTO", Odžaci

DONATORI „NS KONCEPT“, Novi Sad „WILO", Beograd "EKOPRODUKT", Novi Sad „TERMOPLIN“, Mladenovac „ITN“, Beograd „VICTORIA STARCH“, Zrenjanin „KOVAČEVIĆ INŽENJERING“, Vršac „LINETA“, Beograd „PROCREDIT BANK“, Novi Sad „AGENCIJA MOTION CONTROL“, Kikinda

revija agronomska saznanja (EAP ’2012) 2

EEE NNN EEE RRR GGG III JJJ AAA iii AAA ggg rrr ooo PPP RRR OOO CCC EEE SSS iii nnn ggg 222 000 111 222

NNNaaauuučččnnnooo ––– ssstttrrruuučččnnniii ssskkkuuupppooovvviii :::

XI NAUČNO-STRUČNI SKUP - KGHvp 2012 VI NAUČNO-STRUČNI SKUP - AgPRO 2012

OOO RRR GGG AAA NNN III ZZZ AAA TTT OOO RRR III SSS KKK UUU PPP AAA :::

VLADA

AP VOJVODINE

Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineral.

sirovine

POLjOPRIVREDNI

FAKULTET

Departman za poljoprivrednu tehniku

Novi Sad

VOJVOĐANSKO DRUŠTVO ZA POLjOPRIVREDNU

TEHNIKU

Novi Sad

NACIONALNO NAUČNO

DRUŠTVO ZA POLjOPRIVREDNU

TEHNIKU

P R O G R A M S K U P A S A U Č E S N I C I M A V R E M E I M E S T O O D R Ž A V A N j A S K U P A :

24 (sreda) - oktobar 2012. u 9 sati Mesto održavanja: MASTER CENTAR, NOVI SAD

M E D I J A T O R I Dr Miladin Brkić,red. prof. Poljoprivredni fakultet u Novom Sadu, predsedavajući, Milan Čežek, dipl.ing., Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine, Novi Sad, Dr Branislav Repić., Institut za nuklearne nauke"Vinča", Laboratorija za termotehniku, Beograd, Dr Saša Igić, doc., Fakultet za ekonomiju i inženjerski menadžment, Novi Sad, Dr Dragan Škobalj, vanr.,prof., Fakultet za inženjerski menadžment, Beograd Predstavnik generalnog sponzora, PRO - X BRONTO, Odžaci

8:45 - 9:00 PRIJAVLjIVANjE UČESNIKA 9:00 – 9:10 IZBOR RADNOG PREDSEDNIŠTVA 9:10 – 9:40 POZDRAVNA REČ I OTVARANjE SKUPA

9:10 - 9:15

1.

Dr Milan Popović, red.prof. Dekan Poljoprivrednog fakulteta u Novom Sadu

9:15 - 9:20 Dr Radovan Pejanović, red.prof. Prorektor za finansije Univerziteta u Novom Sadu

9:20 - 9:25 Mr Goran Vasić, Direktor Novosadskog sajma, Novi Sad

9:25 - 9:30 Dr Jan Turan, vanr.prof. Predsednik Vojvođanskog društva za poljoprivrednu tehniku, Novi Sad

9:30 - 9:40 OTVARANjE SKUPA Nataša Pavićević - Bajić Pokrajinski sekretar za energetiku i mineralne sirovine

revija agronomska saznanja (EAP 2012) 3

9:40 – 10:00 UVODNO PREDAVANjE

9:40 - 10:00 2.

DECENTRALIZOVANO KORIŠĆENJE BIOMASE ZA ZAGREVANJE PROIZVODNOG, KANCELARIJSKOG I STAMBENOG PROSTORA U URBANIM SREDINAMA

– izvestilac: Prof. dr Miladin Brkić, Poljoprivredni fakultet - Novi Sad

10:00– 10:15 PREDSTAVLjANjE GENERALNOG SPONZORA

10:00 – 10:15 3. PREDSTAVLjANjE GENERALNOG SPONZORA PRO - X BRONTO, Odžaci

10:15 – 11:00 I DEO TEMATSKIH IZLAGANjA

10:15 - 10:30 4. POTENCIJAL BIOGASA U REPUBLICI HRVATSKOJ

– izvestilac: Prof. dr Davor Kralik, red, prof., Poljoprivredni fakultet

10:30 - 10:45 5.

PROPISI U PROIZVODNJI ELEKTRIČNE I TOPLOTNE ENERGIJE IZ BIOGASA I NJIHOVI EFEKTI U PRAKSI

– izvestilac: Prof. dr Miloš Tešić, Vojvođanska akademija nauka i umatnosti, Novi Sad

10:45 - 11:00 6. PROIZVODNJA METANA IZ BIOGASA ZA RADNA I PUTNIČKA VOZILA

– izvestilac: Prof. dr Milan Martinov, Fakultet tehničkih nauka - Novi Sad

11:00 - 11:15 PAUZA ZA KAFU I OSVEŽENjE

11:15 - 11:45 PREDSTAVLjANjE SPONZORA

11:45 - 12:45 II DEO TEMATSKIH IZLAGANjA

11:45 - 12:00 7. TRŽIŠNA VREDNOST BIOMASE KOJA SE KORISTI U ENERGETSKE SVRHE

– izvestilac: Prof. dr Vladislav Zekić, Poljoprivredni fakultet - Novi Sad

12:00 - 12:15 8.

ISPLATIVOST KORIŠĆENJA POLJOPRIVREDNIH OSTATAKA RADI ZADOVOLJENJA ENERGETSKIH POTREBA

– zvestilac: Dr Dragoljub Dakić, Institut za nuklearne nauke „Vinča“, Beograd

12:15 – 12:30 9.

UŠTEDE KOD IZGRADNJE I EKSPLOATACIJE POSTROJENJA ZA DOBIJANJEM TOPLOTNE I ELEKTRIČNE ENERGIJE IZ BIOMASE

– izvestilac: Prof. dr Todor Janić, Poljoprivredni fakultet - Novi Sad

12:30 – 12:45 10. UŠTEDA ENERGIJE U PUMPNIM SISTEMIMA

– izvestilac: Milan Čobanov, dipl.ing., Wilo, Beograd

12:45 - 13:15 PREDSTAVLjANjE SPONZORA

13:15 - 13:30 PAUZA ZA KAFU I OSVEŽENjE

13:30 - 14:45 III DEO TEMATSKIH IZLAGANjA

13:30 - 13:45 11. ENERGETSKA EFIKASNOST U ZGRADARSTVU SA OSVRTOM NA POLJOPRIVREDNE OBJEKTE

– izvestilac: Prof. dr Dragan Škobalj, Fakultet za industrijski menadžment, Beograd

13:45 - 14:00 12.

SMANjENjE TROŠKOVA KOD ZAGREVANjA OBJEKATA NA NIVOU LOKALNIH SAMOUPRAVA KORIŠĆENjEM BIOMASE

– izvestilac: Zoran Janjatović, dipl.ing agroekonomije, Eko produkt, Novi Sad

14:00 – 14:15 13. UPOREDNA ANALIZA ŽIVOTNOG CIKLUSA BIODIZELA I FOSILNOG GORIVA

– izvestilac: Dr Ferenc Kiš, doc., Tehnološki fakultet, Novi Sad

14:15 – 14:30 14.

MERENJA I USLUGE LABORATORIJE ZA TERMOTEHNIKU I PROCESNU TEHNIKU POLJOPRIVREDNOG FAKULTETA U NOVOM SADU

– izvestilac: Zorica Gluvakov, dipl.ing, Poljoprivredni fakultet - Novi Sad

14:30 - 15:00 DISKUSIJA I USVAJANjE ZAKLjUČAKA

15:00 DRUŽENJE UZ MUZIKU


S A D R Ž A J

stranica:

1. Program rada 11. naučno-stručnog skupa "ENERGIJA i AgroPROCESing 2012" 2

2. Dr Ilija ĆOSIĆ

BIOMATAN - IPA PROJEKAT 5

3. Dr Dragan ŠKOBALJ, Sonja LUKIĆ

ODRŽIVO KORIŠĆENJE GEOTERMALNE ENERGIJE U POLJOPRIVREDI 18

4. Dr Miloš TEŠIĆ, dr Žolt SAKALAŠ, dr Ferenc KIŠ

PROPISI ZA PROIZVODNJU ELEKTRIČNE I TOPLOTNE ENERGIJE IZ BIOGASA U SRBIJI, HRVATSKOJ I MAĐARSKOJ I NJIHOVI EFEKTI U PRAKSI

22

5. Mr Marina KARIĆ, mr Radovan NIKOLIĆ, Nada ŠKUNDRIĆ

KORIŠĆENJE DRVNE BIOMASE U ENERGETSKE SVRHE – SAGOREVANJE I GASIFIKACIJA

28

6. Mato ZUBAC, Jovan VLA

PRAKTIČNA PRIMENA BIOMASE U GRAĐEVINARSTVU 33

7. Dr Miladin BRKIĆ, dr Todor JANIĆ

PRIMENA TOPLOTNIH PUMPI U POLJOPRIVREDI I DOMAĆINSTVU 37

8. Izveštaj sa 10. naučno-stručnog skupa "ENERGIJA i AgroPROCESing 2011" 41

9. Fotografije sa 10. naučno-stručnog skupa "ENERGIJA i AgroPROCESing 2011" 43

10. Poslovni dodatak


Biblid: 0354-2092 (2012)22; 1-2, p. 5-17 Stručni rad

UDK: 662.767.2 (82); 631.812(82) Professional paper

BIOMETAN

Dr Ilija ĆOSIĆ

Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad

Ovaj rad je nastao prema publikaciji koja je rezultat prekograničnog IPA projekta koji finansira Evropska unija, pod nazivom:

Establishing the cross-border development of biogas industry via joint determination of biogas potentials, education, research and innovation – BIOGAS HU-SRB

Rad na publikaciji sufinansirao je Grad Novi Sad, Gradska uprava za zaštitu životne sredine.

Izdavač: Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu

Glavni i odgovorni urednik: Prof. dr Ilija Ćosić, dekan

Urednici: Prof. dr Milan Martinov, prof. dr Kornel Kovacs, Đorđe Đatkov, dip. inž. master

Saradnici: BIOGAS HU-SRB tim sa Fakulteta tehničkih nauka

Prof dr Milan Martinov, koordinator za Srbiju

Đorđe Đatkov, dip. inž. master

Marko Golub, dip. inž. master

Doc. dr Goran Vujić

Mr Dejan Ubavin

Mr Ana Pavlović

BIOGAS HU-SRB tim sa Univerziteta u Segedinu

Prof. dr Kornel Kovacs, koordinator projekta

Dr Zoltan Bagi

Dr Peter Heffner

Etelka Kovacs

Roland Wirth

Norbert Acs

Erika Molnar

Viktoria Koger

Ibolya Lajkone Takacs

Ostali saradnici: Miodrag Višković, dip. inž. master

Savo Bojić, dip. inž. master

Mr Đura Karagić

Dr Milutin Ristić

Lektor: Nataša Pejčić

Dizajn, priprema i štampa: Lazarus, www.lazarus.co.rs


1. UVOD

Klimatske promene, većim delom prouzrokovane pojačanim efektom staklene bašte, kao i smanjenje rezervi fosilnih goriva, pokrenule su brojne mere na globalnom nivou. Jedna od njih jeste korišćenje obnovljivih izvora energije (OIE). Direktivom 2009/28/EC (Anonim, 2009a) definisan je cilj da u EU do 2020. godine udeo OIE u primarnoj energiji bude najmanje 20%, a da se bar 20% električne energije proizvede iz OIE (Renewable Energies Sources, RES). Manje pažnje posvećuje se tome da je zacrtano da je za potrebe transporta, dakle udeo goriva koji treba da se obezbedi iz OIE za prevozna sredstva, najmanje 10%. Rad na ostvarenju ciljeva Direktive obaveza je za sve članice, pa i one koje to žele da postanu. Republika Srbija se potpisivanjem Memoranduma o integraciji u energetsko tržište EU (Anonim, 2007) obavezala da sledi energetsku politiku Evropske unije.

Značajan izvor biogoriva za transport je i biogas. Njegova primena u gasnim Otto motorima i Diesel motorima sa inicijalnim paljenjem dostigla je nivo visoke zrelosti u kogeneraciji, ali ne i za transportna sredstva, automobile, autobuse, kamione, itd. Biogas se u najvećem delu sastoji od metana i ugljen-dioksida. Ukoliko mu se ukloni ugljen-dioksid, sumpor i voda, njegov sastav odgovara sastavu prirodnog gasa, te može da se primenjuje u Otto motorima koji su podešeni za korišćenje tog goriva. Biogas koji je prečišćen i iz koga je uklonjen ugljen-dioksid, naziva se biometan.

Proizvodnjom i korišćenjem biogasa, odnosno biometana, dobija se najviše energije sadržane u gorivu sa jednog hektara. To je ilustrativno prikazano na sl.1.

Sl. 1 Kilometraža koja može da se pređe vozilom koje koristi biogoriva proizvedena na jednom hektaru, uslovi u Nemačkoj, (BtL – Biomass to Liquid, postupak proizvodnje tečnog goiriva

od čvrste biomase) (Rutz i Janssen, 2007)

Za proizvodnju biogasa najčešće se koriste stajnjak iz stočne

proizvodnje i/ili energetske biljke. Poseban značaj proizvodnje i korišćenja biogasa je sprečavanje i smanjenje emisija metana, gasa koji utiče na povećanje efekta staklene bašte (intenzitet je 23 puta veći od ugljen-dioksida). Najvažniji cilj izgradnje biogas postrojenja jeste upravo zaštita životne sredine. Dodatni pozitivan uticaj koji se postiže anaerobnom fermentacijom stajnjaka, osim smanjenja gasova koji izazivaju efekat staklene bašte, jeste smanjenje rasprostiranja neprijatnih mirisa, sprečavanje zagađenja zemljišta i podzemnih voda (Michel et al, 2010). Osim navedenog, moguće je da se ostvare i pozitivni socio-ekonomski efekti, podstakne ruralni razvoj, bolje koriste ljudski i materijalni resursi na lokalnom nivou.

Principi proizvodnje i korišćenja biogasa detaljno su opisani u publikaciji Biogas tehnologija, realizovane u okviru IPA projekta i bazirane na publikaciji:

Studija o proceni ukupnih potencijala i mogućnostima proizvodnje i korišćenja biogasa na teritoriji AP Vojvodine

čiju je izradu finansirao Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine.

Ova publikacija predstavlja jedan od rezultata prekograničnog projekta IPA, u kojem učestuju Univerzitet u Segedinu i Univerzitet u Novom Sadu - Fakultet tehničkih nauka. Naziv projekta je:

Establishing the cross-border development of biogas industry via joint determination of biogas potentials, education,

research and innovation

Rukovodilac projekta je prof. dr Kornel Kovacs, Univerzitet u Segedinu.

Takođe, ova publikacija predstavlja deo aktivnosti na izradi projekta

Potencijali za proizvodnju biogasa u Novom Sadu i doprinos zaštiti životne sredine

koji finansira Grad Novi Sad, Gradska uprava za zaštitu životne sredine.

Osnovni cilj izrade ove publikacije jeste da se sagledaju mogućnosti proizvodnje i korišćenja biometana i to predoči široj javnosti, donosiocima odluka i potencijalnim investitorima. Uvođenju ovih tehnologija u praksu trebalo bi da prethodi detaljnija studija, kojom bi se, pored ostalog, razmotrili pravni aspekti, te mogući uticaji na životnu sredinu, ekonomiju države i ruralni razvoj.

2. PROIZVODNJA BIOGASA I PROIZVODNJA BIOMETANA Sirovina za proizvodnju biometana je biogas. Pri proizvodnji

biogasa, od kojeg će se nadalje proizvoditi biometan, ne postoje posebni zahtevi, osim težnje da on sadrži što veći udeo metana. Proizvodnja biogasa ovde je prikazana ukratko, a detaljno u publikaciji Biogas tehnologija. Prikazani su i postupci proizvodnje biometana iz biogasa, kao priprema za korišćenje biometana tehnologijama opisanim u poglavlju 3.

2.1 Osnovi procesa proizvodnje biogasa Biogas nastaje mikrobiološkim procesom u anaerobnim

uslovima (bez prisustva kiseonika). Anaerobne bakterije razgrađuju organsku materiju, a kao produkt ovog procesa nastaje biogas, toplota i ostatak fermentacije. Proces anaerobne razgradnje (fermentacije) široko je rasprostranjen u prirodi, gde god postoje anaerobni uslovi i anaerobne bakterijske vrste. Primeri su mulj u močvarama, dno mora i okeana, burag preživara itd, a proces se delimično odvija i prilikom skladištenja stajnjaka. Pod pojmom biogas, u ovoj publikaciji podrazumeva se gas nastao u anaerobnim fermentorima i kontrolisanim uslovima, odnosno u biogas postrojenjima.

Biogas je mešavina gasova, čiju zapreminu čini oko dve trećine metan (CH4) i jednu trećinu ugljen-dioksid (CO2). Osim metana i ugljen-dioksida, zapreminu biogasa čine i drugi gasovi u znatno manjem udelu, a pregled je dat u tab. 1. Zapreminski udeli prikazani su u opsezima, a zavise od sirovine (supstrata) i uslova u kojima biogas nastaje.


Tab. 1 Sastav biogasa (Kaltschmitt i Hartmann, 2001; Al Seadi et al, 2008)

Sastojak Hemijski simbol Zapreminski udeo, %

Metan CH4 50-75

Ugljen-dioksid CO2 25-45

Vodena para H2O 2-7

Kiseonik O2 < 2

Azot N2 < 2

Amonijak NH3 < 1

Vodonik H2 < 1

Vodonik-sulfid H2S 20-20.000* * ppm (milionitih delova)

Značaj anaerobne fermentacije najlakše se uviđa poređenjem s aerobnom (primer je proces kompostiranja), a osnovna razlika je u nastalim produktima. Šematski prikaz aerobne i anaerobne fermentacije šećera dat je na sl.2. Suština je da se nakon anaerobne fermentacije oslobađa značajno manje toplotne energije. Najznačajnija razlika je ta što se aerobnom fermentacijom organska masa razgrađuje do ugljen-dioksida, a anaerobnom nastaje metan. Metan je gorivi gas, a cilj je upravo njegova proizvodnja i energetsko korišćenje.

Sl. 2 Poređenje procesa aerobne i anaerobne fermentacije šećera

Faze anaerobne fermentacije Proces proizvodnje biogasa, odnosno anaerobne

fermentacije, odvija se u četiri faze: hidroliza, kiselinska, sirćetna i metanogena (sl. 3).

Sl. 3 Četiri faze anaerobne fermentacije

U svakoj fazi učestvuju druge grupe bakterija, a produkti prethodne polazne su sirovine za odvijanje naredne faze. U anaerobnim fermentorima sve faze odvijaju se prostorno i vremenski paralelno, a svakoj grupi bakterija odgovaraju drugačiji uslovi. Bakterije metanogene faze najosetljivije su na poremećaje okolnih uslova, a i veoma sporo se razmnožavaju. Zbog toga se uslovi prilagođavaju ovoj grupi bakterija, da se postignu najviši prinosi biogasa i obezbedi stabilnost procesa.

Tokom prve faze, hidrolize, organska masa razgrađuje se biohemijskim procesom, oslobađanjem enzima bakterija. Kompleksna organska jedinjenja (proteini, ugljeni hidrati, masti) razlažu se na jednostavnija (amino-kiseline, proste šećere, masne kiseline). Produkti hidrolize se u kiselinskoj fazi dalje razgrađuju. Većinom nastaju acetat, ugljen-dioksid i vodonik, a manji deo čine jednostavnije masne kiseline (sirćetna, propionska, buterna) i alkoholi. U trećoj, sirćetnoj fazi, razlažu se jednostavnije masne kiseline i alkoholi, te nastaju sirćetna kiselina, vodonik i ugljen-dioksid. U poslednjoj fazi, metan nastaje iz sirćetne kiseline ili vodonika i ugljen-dioksida.

Potrebni uslovi za stabilnost procesa Prilikom proizvodnje biogasa, bitno je da se u anaerobnim

fermentorima obezbedi stabilnost procesa anaerobne fermentacije. Sa tehničkog aspekta stabilnost podrazumeva ujednačen prinos biogasa približno jednakog sastava, a sa biohemijskog približno jednak sastav i količinu produkata četiri faze fermentacije (sl. 3). Obezbeđenjem potrebnih uslova za stabilan proces ostvaruje se pogonska sigurnost, što može da bude ključno za ekonomičan rad biogas postrojenja.

Na stabilnost procesa utiču mnogobrojni parametri koji zavise od tehničke izvedbe biogas postrojenja i pogonskih uslova u kojima rade, kao i supstrata koji se koriste. Uticajni parametri mogu da se podele na: fizičke, hemijske i mikrobiološke. Od fizičkih parametara zavise hemijski i mikrobiološki, koji su opet međusobno zavisni.

Fizičke parametre najjednostavnije je kontrolisati i njima upravljati. Najvažniji su: obezbeđenje anaerobnih uslova, mešanje sadržaja fermentora, te održavanje temperature u fermentoru. Potrebno je da se u potpunosti ostvare anaerobni uslovi, jer i najmanja količina kiseonika dovodi do umiranja bakterija i prekida procesa fermentacije. Mešanje je neophodno da bi se ostvario što bolji kontakt bakterija i supstrata, kao i homogena temperatura i raspodela supstrata po celoj zapremini fermentora. Ukoliko mešanje ne bi bilo dobro, u fermentoru bi se na površini formirala kora koja bi smanjila kontakt supstrata sa bakterijama i predstavljala prepreku za prolaz biogasa. Temperatura direktno utiče na brzinu odvijanja procesa anaerobne fermentacije. Na višoj temperaturi povećava se aktivnost i brzina razmnožavanja metanogenih bakterija. Postoje tri temperaturna režima u kojima se odvija proces anaerobne fermentacije (Kaltschmitt i Hartmann, 2001): psihrofilni (< 25°C), mezofilni (32-42 C) i termofilni (50-57 C).

Hemijski parametri su bitni, jer utiču na aktivnost anaerobnih bakterija. Veliki uticaj na proces anaerobne fermentacije ima hemijski sastav supstrata, koji utiče na pH vrednost sredine u kojoj se odvija anaerobna fermentacija. Na pH vrednost utiče i koncentracija organskih masnih kiselina koje nastaju kao međuprodukti anaerobne fermentacije. Osim toga, za aktivnost bakterija je bitno i da su snabdevene hemijskim makro i mikroelementima, a da su inhibirajuće koncentracije materija ispod graničnih vrednosti.

Mikrobiološki parametri. Bakterije koje učestvuju u procesu anaerobne razgradnje imaju sposobnost prilagođavanja promeni okolnih uslova i vrste supstrata. Mikrobiološki parametri su u direktnoj vezi sa tehničkim i hemijskim uticajnim faktorima, a


potrebno je da su oni optimalni i koncentracije inhibitora ispod definisane granice.

Oprema za proizvodnju biogasa Pod ovim se podrazumeva sva neophodna oprema na biogas

postrojenju kojom se omogućava skladištenje, priprema i manipulacija supstrata, zatim oprema u kojoj se proizvodi i skladišti biogas, te skladišti ostatak fermentacije. Na savremenim biogas postrojenjima ova oprema je koncipirana tako da omogućava potpunu automatizaciju rada biogas postrojenja. Dakle, obuhvata i opremu za kontrolu i automatsko upravljanje procesom. Drugim rečima, u opremu za proizvodnju biogasa spadaju sve komponente osim onih za energetsko korišćenje proizvedenog biogasa. Oprema za proizvodnju biogasa koja se koristi na biogas postrojenjima je raznovrsna, a varijante kombinovanja su brojne. Konfiguracija biogas postrojenja najviše zavisi od vrste i karakteristike korišćenih supstrata.

Oprema za skladištenje, pripremu i manipulaciju supstrata različita je za tečne i čvrste supstrate. Tečni supstrati se na biogas postrojenju privremeno skladište u predjami. Tečni supstrati se sa udaljenog mesta do biogas postrojenja transportuju cisternama, a ako nastaju relativno blizu biogas postrojenja, onda se transportuju elektromotornim pumpama i cevovodima. Pumpe i cevovodi koriste se i za manipulaciju na samom biogas postrojenju (transport iz predjame do fermentora, iz fermentora do rezervoara ostatka fermentacije). Čvrsti supstrati najčešće se skladište siliranjem u trenč silosima. Usitnjeni biljni materijal dovozi se do silosa, sabijanjem se iz njega istiskuje vazduh, te se prekriva folijom koja sprečava nastanak aerobne fermentacije u površinskom sloju. Folija ima i funkciju zaštite od štetočina i atmosferskih padavina. Silaža se, prema potrebi postrojenja, izuzima iz silosa i doprema do dozatora za čvrste supstrate. Dozatorom se dovodi do fermentora ili rezervoara za pripremu supstrata pužnim ili nekim drugim transporterom.

Fermentori su hermetički rezervoari u kojima se obezbeđuju uslovi za proces anaerobne fermentacije. Zagrevanje fermentora je neophodno zbog održavanja konstantne temperature, a za to se koristi toplotna energija iz kogenerativnog postrojenja. Mešanje

sadržaja fermentora pasivno se ostvaruje ubacivanjem svežeg supstrata, konvekcionim strujanjem supstrata i podizanjem mehurića biogasa koji tu nastaje. Ovo nije dovoljno, pa se primenjuje aktivno mešanje: mehaničko (mešalicama pogonjenim elektromotorima), hidrauličko (prostrujavanje sadržajem fermentora) ili pneumatsko (komprimovanjem i ubrizgavanjem proizvedenog biogasa).

Skladištenje biogasa je neophodno, pošto produkcija biogasa u toku vremena često nije ujednačena, pa je teško da se usklade kapaciteti proizvedenog biogasa i korisnika (najčešće kogenerativnog postrojenja). Rezervoari za skladištenje biogasa moraju da budu hermetički zatvoreni, otporni na povišenu temperaturu, pritisak, UV zračenje i druge vremenske uticaje, a na njih se ugrađuju uređaji za osiguranje od natpritiska i potpritiska. Biogas može da se skladišti u rezervoarima niskog (nekoliko mbar), srednjeg ili visokog pritiska (5-250 bar).

Skladištenje ostatka fermentacije sprovodi se u skladištima zapremine dovoljne za količinu koja nastaje tokom pola do jedne godine do godine. On se najčešće koristi kao đubrivo, a ono se distribuira po poljoprivrednim površinama u određeno, agrotehnološki povoljno vreme. Najčešće se koriste betonski rezervoari, a ponekad i izolovane lagune. Pošto organska masa u ostatku fermentacije nije u potpunosti razgrađena, u skladištu se i dalje odvija fermentacija i proizvodnja biogasa. Zbog toga se rezervoari često pokrivaju, a proizvedeni biogas sakuplja i koristi. Dodatna prednost pokrivanja rezervoara za ostatak fermentacije jeste smanjenje rasprostiranja neprijatnih mirisa u okolinu.

2.2 Postupci proizvodnje biometana U ovom potpoglavlju prikazani su postupci koji se koriste za

proizvodnju biometana iz biogasa. Posebno su prikazani postupci za prečišćavanje biogasa, koji se inače primenjuju prilikom drugih načina korišćenja. Prečišćavanje biogasa pre svega podrazumeva uklanjanje H2O i H2S (sušenje i desumporizacija). Nadalje su prikazani postupci za uklanjanje CO2 iz biogasa, kojima se postiže dobijanje biometana. Na sl. 4 šematski su predstavljeni navedeni postupci.

Sl. 4 Postupci prečišćavanja i uklanjanje CO2 u zavisnosti od primene biogasa (Anonim, 2008)

Prečišćavanje biogasa Desumporizacijom se uklanja H2S, čime se sprečava njegovo

toksično i korozivno dejstvo. Maksimalna dozvoljena koncentracija H2S u radnom okruženju je 5 ppm, a koncentracije preko 300 ppm dovode i do smrti. Sagorevanjem H2S nastaju gasovi SO2 i SO3, koji su toksičniji od H2S. Reakcijom sa vodom

nastaje sumporasta kiselina (H2SO3) sa veoma jakim korozivnim dejstvom na metalne delove postrojenja. Generalna podela postupaka za desumporizaciju je na biološke, hemijske i fizičke. Najčešće se primenjuju biološka i hemijska desumporizacija, u fermentoru ili izvan njega.

Pri sprovođenju biološke desumporizacije, u fermentor se uduvava vazduh (3 do 5% zapremine biogasa). Kiseonik iz


vazduha koristi posebna vrsta bakterija Sulfobacter oxydans prisutna u sadržaju fermentora da razgradi H2S do elementarnog sumpora. Biološka desumporizacija izvan fermentora odvija se po istom principu, ali u posebnim kolonama u koje se biogas dovodi iz fermentora.

Za hemijsku desumporizaciju, u fermentor se dodaju hloridi gvožđa, sa kojima se H2S hemijski vezuje. U odnosu na biološki, ovaj postupak ima povećane troškove zbog potrebnih hemikalija, ali je smanjena korozija u fermentoru, jer se ne ubacuje kiseonik. Pri sprovođenju eksterne hemijske desumporizacije, primenjuje se „pranje“ biogasa. Čista voda može da se koristi kao radni medijum, ali je to najčešće vodeni rastvor natrijum-hidroksida (NaOH), koji poboljšava apsorpcioni kapacitet vode. Proces uklanjanja H2S iz biogasa je hemijski, jer H2S reaguje sa NaOH i nastaje natrijumova so (natrijum-sulfid). Ovim postupkom postižu se visoke efikasnosti prečišćavanja, s uklanjanjem i preko 95 % H2S.

Sušenjem se sprečava kondenzacija vodene pare koja se nalazi u biogasu koji izlazi iz fermentora. Time je sprečeno oštećenje delova postrojenja, jer je onemogućeno zamrzavanje vode u instalacijama i korozija. Najjednostavniji način uklanjanja vodene pare iz biogasa sprovodi se hlađenjem ili podešavanjem pritiska. Sušenje se najčešće ostvaruje tako da se biogas sprovodi trasom gasovoda koji je ukopan u zemlju. Biogas se hladi, voda kondenzuje na najnižem nivou i akumulira u odvajaču kondenzata. Kod nekih postrojenja sušenje se sprovodi primenom električnog hladnjaka. Na temperaturi ispod 10 C, postiže se veća efikasnost odvajanja vlage, ali je nedostatak to

što je potrebna električna energija. Ako se za uklanjanje ugljen-dioksida primenjuje postupak „pranja“ vodom, adsorpcija sa molekularnim sitom ili postupak sa membranom, sprovodi se sušenje biometana, pa se ono ne sprovodi za biogas.

Uklanjanje CO2 Za uklanjanje ugljen-dioksida prikazaće se pet postupaka koji

se najčešće sreću u praksi: adsorpcija sa promenljivim pritiskom, „pranje“ vodom, fizička apsorpcija sa organskim rastvaračem, hemijska apsorpcija sa organskim rastvaračem i uklanjanje ugljen-dioksida pomoću membrana. Jedan od novijih postupaka, koji još uvek nije dostigao potpunu zrelost, a koji može da se primeni za uklanjanje ugljen-dioksida iz biogasa, jeste kriogeno zamrzavanje.

Adsorpcija sa promenljivim pritiskom je postupak kojim se ugljen-dioksid, iz biogasa odvaja na površini čvrstog materijala koji se naziva adsorbent. Kao adsorbent može da se koristi aktivni ugalj ili molekularno karbonatno sito. Osim ugljen-dioksida, postiže se, u većem delu, uklanjanje i H2O i H2S, pa i N2 i O2. Međutim, u praksi je neophodno da se H2O i H2S uklanjaju iz sirovog biogasa. Nakon sušenja i desumporizacije, prečišćeni biogas se komprimuje na 4 do 7 bar, nakon čega odlazi u adsorpcionu kolonu. U njemu se nalazi molekularno sito, na kome se zadržava CO2, a CH4 skoro u potpunosti prolazi kroz otvore. Desorpcija, odnosno regenerisanje ispune adsorpcione kolone, postiže se snižavanjem pritiska. Pošto otpadni gas koji se dobija tokom prečišćavanja biogasa sadrži CH4, on se odvaja u dodatnoj koloni.

Sl. 5 Šematski prikaz uklanjanja CO2 postupkom adsorpcije sa promenljivim pritiskom (Beil et al, 2012)

Proces uklanjanja CO2 iz biogasa tzv. postupkom „pranje“ vodom je isključivo fizički (sl. 6). Zasniva se na većoj rastvorljivosti CO2 od CH4 u vodi. Efekat apsorpcije povećava se time što se biogas pre prerade komprimuje. U apsorpcionu kolonu ulazi odozdo, a voda odozgo. Voda se raspršuje i pod uticajem gravitacije. Tokom padanja vode, CO2 iz biogasa se u njoj rastvara, te gas na izlazu ima i preko 90% metana. U toku

procesa, delimično se odvaja i H2S i NH3, pa je zbog toga sporedan efekat koji se postiže i fina desumporizacija sa sušenjem. Voda nakon izlaska iz kolone sadrži apsorbovani CO2, i ulazi u kolonu za regeneraciju. U njoj se nakon dekompresije izdvaja CO2, te odlazi u atmosferu, a regenerisana voda ponovo koristi.


Sl. 6 Uklanjanje CO2 iz biogasa „pranjem“ vodom u apsorpcionim kolonama (Wellinger i Lindberg, 2000)

Fizička apsorpcija organskim rastvaračem je takođe fizički

proces, ali nasuprot postupku „pranja“ vodom, koristi se organski reagens kao apsorpciono sredstvo. Sirovi gas pre ulaska u apsorpcionu kolonu komprimuje se na oko 8 bar. Zatim se sprovodi njegovo pothlađenje i sušenje. U apsorpcionoj koloni, biogas struji kroz apsorpciono sredstvo u kom se pored CO2 zadržavaju i H2S i H2O. Zbog toga nema potrebe za sprovođenjem fine desumporizacije. Prerađeni biogas napušta kolonu na vrhu. Slično kao kod „pranja“ vodom, dekompresija se sprovodi u posebnoj koloni. Potpuna desorpcija postiže na povišenim temperaturama 50-80°C. Ovaj postupak pruža mogućnost istovremene apsorpcije CO2, H2S i H2O u koloni. Otpadni gas može da sadrži ostatke CH4, pa se dodatno prečišćava.

U postupku hemijske apsorpcije organskim rastvaračem, koriste se različite mešavine vode i etanol amina. Nasuprot fizičkom procesu, apsorpcija u koloni postiže se, najčešće, na vrlo niskim natpritiscima, oko 100 mbar, a ređe na oko 4 bar. I ovim procesom ostvaruje se fina desumporizacija. Regeneracija zasićenog apsorpcionog sredstva sprovodi se u desorberu na povišenim temperaturama 110-160 °C. U poređenju sa drugim, ovde navedenim postupcima, postiže se proizvodnja biometana visoke čistoće sa malim gubicima metana u otpadnom gasu. Zbog toga nije potreban dodatni tretman otpadnog gasa, ali se sprovodi sušenje.

Uklanjanje ugljen-dioksida pomoću membrana zasniva se na osobini nekih membrana da imaju visoku propustljivost molekula CO2, H2O, NH3 i H2S, a malu CH4. Membrane su od celuloznih polimera, acetata ili aromatičnih poliamida. Sa ciljem produženja radnog veka i efikasnosti razdvajanja molekula, pre postupka odvajanja ugljen-dioksida membranom, pored odvajanja praškastih materija, primenjuje se sušenje i fina desumporizacija sirovog biogasa. Biogas se pre propuštanja kroz membrane komprimuje na 5 do 10 bar. U praksi se primenjuje u kombinaciji sa drugim postupcima, na primer sa kriogenim (Anonim, 2011).

U tab. 2 dat je pregled karakteristika za postupke za uklanjanje CO2 iz biogasa. Adsorpcija sa promenljivim pritiskom i pranje vodom su postupci koji su dostigli zrelost za primenu u praksi, a sa stanovišta troškova su povoljni. Ostvaruju i zadovoljavajuću efikasnost uklanjanja CO2, što nije slučaj za membranski postupak. Membranski i kriogeni postupak još uvek su u fazi ispitivanja i zahtevaju visoke investicije. Kriogeni postupak odlikuje veoma visoka efikasnost uklanjanja CO2, koji nakon toga može da se iskoristi kao tehnički gas.

Tab. 2 Pregled karakteristika postupaka za uklanjanje CO2 iz biogasa (Anonim, 2006)

Postupak

Trošk-ovi

inve-sticije

Pogo-nski

trošk-ovi

Udeo CH4

nakon uklanjanja CO2

Troškovi održa-vanja Napomene

Adsorpcija sa promenlji-vim pritiskom

+ + > 95 % 0

Praktična zrelost. Zahteva prethodnu desumpo-rizaciju i sušenje.

Pranje vodom

++ + > 96 % +

Praktična zrelost. Zahteva prethodnu desumpo-rizaciju i sušenje zbog tačnog merenja protoka.

Membra-nski

- np > 88 % np

U praksi postoje samo pilot postrojenja

Kriogeni -- np > 99 % np

U praksi postoje samo pilot postrojenja Zahteva prethodnu desump-orizaciju i sušenje. Moguće iskorišće-nje CO2.


Odorizacija Prilikom korišćenja biometana kao zamene za prirodni gas, iz

sigurnosnih razloga mora da se sprovede odorizacija. Na taj način biometan dobija miris ubacivanjem organskih jedinjenja sumpora. U Srbiji je to regulisano standardom SRPS EN ISO 13734:2007.

Biometan se proizvodi iz biogasa, a to podrazumeva njegovo prečišćavanje, uklanjanje CO2 i odorizaciju. Specifični zahtevi zavise od načina korišćenja. Prečišćavanjem se uklanjaju H2S i H2O (desumporizacija i sušenje), zbog toksičnog i korozivnog dejstva ovih jedinjenja. Potrebno je da se ukloni CO2 da bi se povećala toplotna moć biometana, odnosno, da bi bio uporedljiv

sa prirodnim gasom. Odorizacija je sigurnosna mera kojom se omogućava identifikacija isticanja biometana.

3. KORIŠĆENJE BIOMETANA

Na sl. 7 šematski su prikazane mogućnosti korišćenja biometana i neophodni postupci koji tome prethode. Dakle, biometan može da se koristi kao pogonsko gorivo za transport ili u kogeneraciji. Manje značajno jeste korišćenje biometana za proizvodnju toplotne energije, ili, na primer, kao sirovine za hemijsku industriju. Biometan mogu da koriste industrijski potrošači, ali i fizička lica. Sve navedene mogućnosti nadalje su detaljnije opisane.

Sl.7 Mogućnosti korišćenja biogasa i neophodni postupci koji tome prethode (Schinnerl et al, 2010)

Korišćenje biometana u kogeneraciji Jedna od mogućnosti korišćenja biometana jeste u

kogeneraciji, odnosno u spregnutoj proizvodnji električne i toplotne energije. Najčešće se koriste kogenerativna postrojenja sa motorima SUS. Detaljan opis korišćenja biogasa u kogeneraciji dat je u publikaciji Biogas tehnologija.

Kao što je navedeno u poglavlju 2, biometan se dobija uklanjanjem ugljen-dioksida iz biogasa. Postoje razlike u korišćenju biometana i biogasa u kogeneraciji. Biogas se koristi na samoj lokaciji postrojenja, dok biometan može da se transportuje do udaljenih lokacija, ili da se utiskuje u mrežu prirodnog gasa, te iz nje izuzima.

Utiskivanjem u mrežu prirodnog gasa, ostvaruje se njegovo skladištenje i transport. Time je omogućeno bolje iskorišćenje primarne energije biogasa, jer biometan koristi potrošač koji ima mogućnosti da u visokom procentu iskoristi toplotnu energiju koja nastaje u proizvodnji električne. Prihodi su na taj način povećani, ali su potrebna i veća ulaganja.

Utiskivanje u mrežu prirodnog gasa od posebnog je značaja za poljoprivredna biogas postrojenja. Ona su, najčešće, udaljena od stambenih i industrijskih zona, potencijalnih korisnika toplotne energije. Izgradnja vrelovoda za daljinsko grejanje do udaljenih korisnika toplotne energije najčešće nije isplativa. Gradnja biogas postrojenja u blizini korisnika toplotne energije najčešće nije opravdana zbog visokih troškova transporta

supstrata. Dakle, prednost proizvodnje biometana je u tome što može da se kao gorivo koristi na udaljenim lokacijama.

Za utiskivanje biogasa u mrežu prirodnog gasa, potrebno je da budu ispunjeni određeni preduslovi. Prvenstveno, u blizini biogas postrojenja i mesta iskorišćenja biogasa, treba da postoji distributivna mreža prirodnog gasa. Pošto se biogas ne koristi na lokaciji gde se i proizvodi, električna i toplotna energija za pogon biogas postrojenja moraju da se obezbede na drugi način. Potrebno je i da postoji dozvola da se biometan utiskuje u mrežu prirodnog gasa, a da bi se ona dobila, biometan treba da bude odgovarajućeg kvaliteta. Ekonomski preduslovi podrazumevaju da je primena ove tehnologije za korisnika isplativa, što je obrađeno u poglavlju 4.

Korišćenje biometana kao goriva za transport Biometan može da se koristi kao pogonsko gorivo za motore

podešene za rad sa prirodnim gasom. Njegova distribucija može da se ostvari na gasnim pumpama koje se nalaze na samoj lokaciji biogas postrojenja, ili utiskivanjem u cevnu distributivnu mrežu prirodnog gasa. U slučaju utiskivanja u mrežu prirodnog gasa, što je češći slučaj, ostvaruje se njegovo skladištenje i transport, a na pumpama za prirodni gas punjenje u rezervoare vozila.

Korišćenje biometana kao goriva za transport, zastupljeno je od devedesetih godina prošlog veka u Švedskoj i Švajcarskoj, od 2006. u Nemačkoj, a u novije vreme započela je primena u


Austriji i Holandiji. Prednosti koje mogu da se ostvare ovim načinom korišćenja su znatno smanjenje emisija i niži troškovi, u poređenju sa drugim obnovljivim izvorima goriva za transportna sredstva.

Da bi se biometan koristio kao gorivo za motore SUS, potrebno je da budu zadovoljeni zahtevi u pogledu kvaliteta. Kao i prilikom bilo kojeg drugog vida korišćenja biogasa, u toku proizvodnje biometana uklanjaju se H2S i voda. Dodatno se uklanjaju NH3 i mehaničke čestice. Time se obezbeđuje dobro sagorevanje, sprečava korozija i mehaničko oštećenje delova motora. Uklanjanjem CO2 dobija se gorivo više toplotne moći.

Sadržaj metana u biometanu treba da bude preko 90 %, a zahtevana čistoća zavisi od nacionalnih propisa za goriva. U tab. 3 prikazane su vrednosti definisane švedskim standardom za korišćenje biogasa za Otto motore (SS 15 54 38, Motor fuels – Biogas as fuel for high-speed Otto engines). Standard A važi za motore bez, a Standard B za motore sa kontrolom koeficijenta viška vazduha.

Tab. 3 Izvod iz švedskog standarda za korišćenje biogasa u transportu

Sastojak Jedinica Standard A Standard B

Metan (CH4) % (v/v) 96-98 95-99

Voda (H2O) mg/Stm3 < 32 < 32

Kiseonik (O2) % (v/v) < 1 < 1

Ukupni sumpor mg/Stm3 < 23 < 23 U Srbiji je kvalitet prirodnog gasa regulisan standardom

SRPS EN ISO 13686:2008, kojim se utvrđuju parametri potrebni da se opiše proizvedeni i namešani prirodni gas. Prema tome, u slučaju utiskivanja biogasa u mrežu prirodnog gasa, potrebno je da se ispune zahtevi definisani ovim standardom.

Osim vozila koja su fabrički izrađena za pogon na prirodni gas, biometan je moguće koristiti i u vozilima sa prepravljenim benzinskim i dizel motorima. Benzinski motori se koriste kao motori sa dvojnim gorivom („bi-fuel“), što znači da mogu da se pogone na benzin ili na biometan. Dizel motori koji koriste biogas su „dual fuel“, a dizel gorivo koriste za inicijalno paljenje (princip rada kao dizel motori s inicijalnim paljenjem). Dodatno se ugrađuju rezervoari za komprimovani biometan i sistemi za

njegovo dopremanje do motora. Pritisak u rezervoarima za biometan je 200 do 250 bara.

Više od 50 proizvođača u ponudi ima oko 250 modela putničkih i teretnih vozila na prirodni gas, pa tako i biometan. Najčešće se koriste u gradskom prevozu jer su emisije zagađujućih matrija u izduvnim gasovima značajno niže.

Druge mogućnosti korišćenja biometana Biometan može da se koristi za proizvodnju toplotne energije

u konvencionalnim generatorima toplote koji koriste prirodni gas kao gorivo. U tom slučaju, prerada termo-tehničke opreme nije neophodna, a koristi se biometan koji se preuzima iz mreže prirodnog gasa. U državama gde je utiskivanje biometana u mrežu prirodnog gasa rasprostranjeno, distributeri nude kao mogućnost korisnicima prirodni gas sa udelom biometana, na primer 5, 10 ili 20%. Postoji i mogućnost korišćenja 100%-nog biometana, ali je on skuplji od prirodnog gasa istog energetskog sadržaja.

Biometan može da se koristi i kao sirovina u hemijskoj industriji koja koristi i prirodni gas. Najčešća upotreba je za dobijanje sintetičkog gasa, koji predstavlja mešavinu ugljen-dioksida i vodonika, a koristi se kao sirovina za dobijanje raznih jedinjenja.

Biometan može da se koristi kao pogonsko gorivo za transport, u kogeneraciji, za proizvodnju toplotne energije ili kao sirovina u hemijskoj industriji. Utiskivanje u mrežu prirodnog gasa za korišćenje jednim od navedenih postupaka sprovodi se kada je lokacija proizvodnje biogasa udaljena od potrošača. Za to je potrebno da postoji distributivna mreža prirodnog gasa u blizini biogas postrojenja i potrošača. Time se omogućava povećanje prihoda, ali su potrebna i dodatna ulaganja.

4. DOPRINOS ZAŠTITI ŽIVOTNE SREDINE

Kao i drugi proizvodi, biogoriva se analiziraju sa više aspekata. Najsveobuhvatnija je analiza životnog ciklusa, Life cycle Analyses – LCA. Ona obuhvata sve aspekte koji utiču na ocenjivanje nekog proizvoda, pa tako i bio goriva. Na sl. 8 prikazani su svi učesnici u proizvodnji i korišćenju biogoriva i horizontalni atributi.

Poljoprivreda Poljoprivredai logistika

Industrija Korisnici

Tra

ns

po

rt

Energetski bilans

Emisije

Troškovi

Ostali uticaji na životnu sredinu

Socio ekonomski uticaji

Logistika,do ben. stanice

Proizvodnjabiomase

Transportbiomase

Konverzijabiomase

Distribucijabiogoriva

Korišćenjebiogoriva

Sl. 8 Učesnici, životni ciklus (life cycle) i horizontalni atributi proizvodnje biogoriva (Rutz i Janssen, 2007)

Životni ciklus bio goriva sastoji se od više takozvanih

vertikalnih koraka, na primer, proizvodnja i transport biomase, sve do njenog korišćenja. Za svako gorivo obračunavaju se i

takozvani horizontalni atributi, koji će da posluže za ocenjivanje proizvodnje i korišćenja.


Sprovodi se energetski bilans proizvodnje, koji obuhvata sve direktne i indirektne energetske inpute. Prema tome, ne razmatra se samo utrošena količina goriva za proizvodnju biljaka i druge korake proizvodnje, kao direktni input energije, već i energija uložena za proizvodnju semena, mineralnih hraniva, mašina, opreme i drugo. Krajnji energetski bilans dobija se tako što se od energije sadržane u gorivu oduzme celokupno uložena.

Nadalje se razmatraju emisije, kako ugljen-dioksida, tako i drugih gasova sa efektom staklene bašte, GHG (Greenhouse Gases), koje nastaju u svim koracima proizvodnje i korišćenja. Posebno se analizira emisija zagađujućih materija pri korišćenju goriva, u dimnim gasovima.

Za ocenu primenljivosti vrlo su važni troškovi svih horizontalnih postupaka, kako proizvodnje biomase, tako i prerade goriva, pa i transporta i distribucije.

Ostali uticaji na životnu sredinu obuhvataju sve što emisijama nije obuhvaćeno. Na primer, zbrinjavanje opreme i objekata za proizvodnju nakon životnog veka, uticaj na očuvanje zemljišta, biodiverzitet i drugo.

Socio ekonomski uticaji vezani su za to kako proizvodnja i korišćenje biogoriva utiče na lokalnu sredinu, regiju, državu i šire. Proizvodnjom biogoriva može da se doprinese ruralnom razvoju, boljem korišćenju ljudskih i materijalnih resursa (zapošljavanje), smanjenju zavisnosti od uvoza (platni deficit) i drugim pokazateljima za posmatrano područje.

Kao što se vidi, analiza životnog ciklusa složena je i sveobuhvatna, jer razmatra uticaj na više aspekata. Jedan aspekt je uticaj na životnu sredinu, koji je takođe sveobuhvatan. Nadalje će se razmotriti uticaj primene biometana sa stanovišta emisije motora sa unutrašnjim sagorevanjem i emisije gasova koji generišu efekat staklene bašte.

Emisije motora SUS Jedan od značajnih uticaja na životnu sredinu jeste emisija

zagađujućih materija u izduvnim gasovima motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Ova oblast regulisana je evropskim propisima poznatijim kao emisioni standardi. Njima se definišu granice dozvoljenih emisija zagađujućih materija u izduvnim gasovima novih vozila koja se prodaju u okviru EU. Emisioni standardi su definisani nizom evropskih direktiva i uredbi. Obuhvaćene su sledeće zagađujuće materije: ugljen-monoksid (CO), ugljovodonici (HC), azotni oksidi (NOx), i suspendovane čestice, prema nacionalnim propisima – praškaste materije (PM). Granice su definisane posebno za različite vrste vozila: automobile, kamione, vozove, traktore itd. Emisioni standardi označavaju se sa Euro I do VI.

Ovde će biti razmotreni autobusi, koji se ubrajaju u kategoriju vozila sa oznakom M3, odnosno vozila čija masa prelazi 5 t. Granične vrednosti dozvoljenih emisija za dizel motore ove kategorije vozila, predstavljene su u tab. 4.

Tab. 4 Granične vrednosti zagađujućih materija emisionih standarda za vozila kategorije M3 (prema Anonim, 1999, 2005 i 2009b)

Emisioni standard

Godina usvajanja1 Zagađujuća materija

CO, g/kWh HC, g/kWh NOX, g/kWh PM, g/kWh

Euro III 2000. 5,45 0,78 5 0,16

Euro IV 2005. 4 0,55 3,5 0,03

Euro V 2008. 4 0,55 2 0,03

Euro VI – 4 0,16 0,4 0,01

1 – Godina usvajanja standarda. Početak primenjivanja je obično godinu dana kasnije. Smanjenje emisija zagađujućih materija ostvaruje se brojnim

merama, koje poskupljuju vozila, ali skoro da nemaju alternative. Poseban problem predstavlja smanjenje količine azotnih oksida i praškastih materija. Primenom Otto motora i korišćenjem biometana može da se utiče na smanjenje emisije zagađujućih materija, tab. 5.

Tab. 5 Stepen smanjenja emisije zagađujućih materija u izduvnim gasovima motora biometana u poređenju sa fosilnim gorivima (Rutz i Janssen, 2007)

ZM Stepen smanjenja u odnosu

na benzin, % Stepen smanjenja u odnosu na dizel, %

NOx 55 80

CO 55 50

PM 0 98

HC 80 80 ZM – zagađujuće materije u izduvnim gasovima Očigledno je da su smanjenja količine zagađujućih materija

primenom biometana značajna. Jedini izuzetak je PM za benzinske motore, a kod njih je količina praškastih materija i inače niska. To je razlog da se biometan koristi kao gorivo u posebno osetljivim sredinama, kao što su gradovi. Ilustrativan primer je to što je odobren kredit za nabavku novih autobusa za

Beograd, a uslov je da oni kao gorivo koriste prirodni gas, odnosno biometan.

Primena biometana za pogon gradskih autobusa i komunalnih vozila trebalo bi da se sprovede i u Novom Sadu i drugim gradovima u Vojvodini i Srbiji.

Emisije GHG Drugi značajan pokazatelj korišćenja nekog goriva je emisija

gasova sa efektom staklene bašte, GHG. Najveće su količine ugljen-dioksida, ali je značajan udeo i drugih GHG koji nastaju u procesu proizvodnje i korišćenja, jer neki od njih imaju značajno intenzivniji efekat. Tako je, na primer, za emisiju metana potencijal globalnog zagrevanja GWP (Global Warming Potential), u odnosu na ugljen-dioksid, 23, a za azot suboksid N2O, gas smejavac, čak 298. Ukupna emisija GHG označava se i sa CO2 ekv, tj. svi gasovi svedeni su na ekvivalent ugljen-dioksida. Poljoprivredna proizvodnja sirovina za goriva praćena je i malom emisijom azotnih oksida, ali oni, zbog visokog GWP, mogu značajno doprineti efektu staklene bašte.

Pri obračunu emisije GHG gasova, kao što je navedeno, u obzir se uzimaju svi delovi proizvodnje i korišćenja za posmatran dijapazon. Ukoliko se posmatra celokupni lanac prikazan na sl. 9, od proizvodnje do pogonskog korišćenja, to može da se označi sa WTW (Well-to-Wheel), od izvora (sirovine ili nalazišta) do točkova.


Sl. 9 Poređenje CO2 ekv emisije različitih goriva motora sa unutrašnjim sagorevanjem, WTW (Peters et al, 2011)

1 – benzin, 2 – dizel (motor sa filtarom čestica), 3 – TNG, 4 – prirodni gas, 5 – prirodni gas sa 20 % biometana, 6 – 100 % biometan, 7 – etanol (na bazi šećerne repe), 8 – biodizel

Sa slike 9 se jasno vidi da je primena biometana u pogledu

emisije GHG znatno povoljnija nego primena fosilnih goriva, pa i drugih goriva koja se ubrajaju u obnovljive izvore energije (treba naglasiti da je ovde navedena proizvodnja etanola od šećerne repe. Ukoliko se koristi zrno kukuruza ili šećerna trska, ovo gorivo je u pogledu emisije GHG značajno povoljnije).

Umanjenje emisije GHG biometana zavisi i od vrste sirovina koje se koriste za proizvodnju biogasa. Povoljniji slučaj je korišćenje stajnjaka (efekat je i smanjenje emisije metana pri njegovom skladištenju), jer se pri proizvodnji energetskog bilja količina emisija povećava (potrebno je gorivo, mašine, mineralna hraniva i drugo). Na sl. 10 prikazano je smanjenje emisije GHG u poređenju sa mineralnim gorivima.

Sl. 10 Očekivano smanjenje emisije GHG korišćenjem biometana umesto fosilnih goriva, BM – biometan od supstrata gore naznačenog, (Peters et al, 2011)

Ovde je razmatrana primena biometana kao goriva za motore SUS. Slični pozitivni efekti u pogledu zaštite životne sredine ostvaruju se i pri drugim korišćenjima, ali su tada čak manji nego u slučaju da se koristi biogas. To je posledica generisanja GHG pri preradi i utiskivanju biometana u gasovod.

Proizvodnja i korišćenje biometana ima izrazito povoljne efekte u pogledu zaštite životne sredine. To se posebno odnosi na primenu biometana kao goriva u motorima SUS. Značajno se smanjuje emisija zagađujućih materija u izduvnim gasovima. Zbog toga može da se preporuči primena biometana na autobusima i komunalnim vozilima u gradovima.

Proizvodnjom i korišćenjem biometana značajno se smanjuje emisija gasova sa efektom staklene bašte, te se na taj način doprinosi ostvarenju ciljeva definisanih Kjoto protokolom i drugim dokumentima.

5. EKONOMIČNOST PROIZVODNJE I KORIŠĆENJA BIOMETANA

Ekonomski parametri vrlo su važni za primenu nekog postupka u praksi. Ovde se razmatra cena biometana, a posebno specifična, u odnosu na jedinicu primarne energije, najčešće


kWh. Specifična cena zavisi od troškova proizvodnje biogasa, veličine postrojenja za proizvodnju biometana i primenjene tehnologije. Troškovi proizvodnje biogasa zavise od mnogih faktora, a najviše od korišćenih supstrata (sirovina) i veličine, kapaciteta postrojenja. Najniža cena supstrata je za stajnjak, ali su njegove količine ograničene, pa i mogućnosti realizacije većeg broja takvih postrojenja. U publikaciji Biogas tehnologija opisan je uticaj veličine, kapaciteta i postrojenja na cenu biogasa. Specifična vrednost investicija opada sa povećanjem kapaciteta postrojenja, a u sličnom odnosu i operativni troškovi. To se odnosi i na troškove prerade biogasa, proizvodnje biometana, te

utiskivanja biometana u mrežu prirodnog gasa. Dakle, sa povećanjem kapaciteta, opadaju troškovi proizvodnje biometana.

Gorivo za motore SUS Na sl. 11 prikazani su specifični troškovi proizvodnje

biometana kao pogonskog goriva za motore sa unutrašnjim sagorevanjem i upoređeni sa cenom prirodnog gasa. Brojevi 50, 250 i 500 odnose se na časovnu proizvodnju biogasa u kubnim metrima. Oznaka S znači da je sirovina stajnjak, B energetsko bilje (silaža), a O čvrsti komunalni organski otpad. Stanje cena u Nemačkoj 2008. godine.

Sl. 11 Poređenje specifičnih cena biometana i cene prirodnog gasa kao goriva za vozila (Klinski, 2009)

1 – supstrat, 2 – proizvodnja biometana, 3 – punjenje u gasovod, 4 – troškovi na benzinskoj stanici (za prirodni gas data je cena na benziskoj stanici)

Specifična cena prirodnog gasa je oko 5,4 ct/kWh, a za biometan se kreće u širokom rasponu od 5,9 do 17,3 ct/kWh. Najveći broj velikih biogas postrojenja koristi kao supstrat energetsko bilje, a tada je specifična cena goriva oko 8,3 ct/kWh. To je za oko 50 % više nego specifična cena prirodnog gasa. Dakle, primena biometana kao goriva za motore SUS, na trenutnom nivou cena nije isplativa bez subvencija. Primer primene subvencija za biometan su Švedska i Švajcarska, u kojima je ovo gorivo, izraženo u kilogramima, jeftinije od dizel goriva za oko 30 % (Graf, 2007).

Pored više cene goriva, treba imati u vidu da su motori koji su prilagođeni za korišćenje biometana/prirodnog gasa skuplji.

Kogeneracija Prednost biometana je mogućnost njegovog utiskivanja u

mrežu za prirodni gas i time njegovo skladištenje i jeftin transport, gasovodom, do udaljenih lokacija. Time je omogućeno da se produkt biogasa koristi na lokaciji koja je u blizini korisnika toplotne energije.

Primenom biometana u postrojenju za kogeneraciju, generiše se električna energija, koja ima višu cenu prema feed-in tarifi predviđenoj za biogas. Termička energija, koja se dobija od rashladne tečnosti i produkata sagorevanja motora SUS, može takođe da se iskoristi, što doprinosi boljim ekonomskim efektima. Kao što je navedeno, cena biometana zavisi i od troškova proizvodnje biogasa, a ona od vrste supstrata koji se koristi i od kapaciteta postrojenja. Troškovi proizvodnje

električne i toplotne energije kogenerativnog postrojenja takođe zavise od kapaciteta, nazivne električne snage. Pored opadanja investicionih i operativnih troškova sa porastom nazivne snage, menja se i stepen korisnosti. Na primer, električni stepen korisnosti je u proseku 37,2, 39,5 i 41,7 %, a termički 47,8, 49,4 i 45,9 %, za kogenerativna postrojenja nazivne električne snage 200, 500 i 1000 kW, respektivno (Beil et al, 2012).

Na sl. 12 prikazane su cene toplotne energije u zavisnosti od cene biometana i nazivne električne snage kogenerativnog postrojenja. Podaci važe za Nemačku, 2012. godine. Ukoliko se koristi toplotna energija kogenerativnog postrojenja koje koristi biogas, smatra se da je dobra cena 3 do 4 ct/kWh. Primenom biometana, niža ili uporedljiva cena mogla bi da se ostvari za cenu biometana do 7,5 ct/kWh, a za kogenerativna postrojenja nazivne električne snage 500 kW i više.

Grejanje Korišćenje biometana za grejanje je najniži nivo primene, jer

za ove potrebe može da se koristi biogas, bez značajnih troškova proizvodnje biometana. Proizvodnja biogasa je kontinualna, tokom cele godine, a potrebe za grejanjem su tokom sezone grejanja i menjaju se iz sata u sat. Pošto biogas može da se skladišti samo za količine proizvedene tokom kratkog vremenskog perioda, može da se koristi samo za procesne potrebe sa ujednačenim potrebama za toplotnom energijom. Pogodnost biometana je to što može da se ubacuje u mrežu prirodnog gasa, te tako stoji na raspolaganju prema potrebama


potrošača. Na sl. 13 prikazane su specifične cene toplotne energije generisane korišćenjem biometana i upoređene sa

prirodnim gasom. Važe sve napomene i objašnjenje oznaka kao i za sl. 11. Cene važe za Nemačku, 2008 godine.

Sl. 12 Cena toplotne energije kogenerativnog postrojenja koja koriste biometan (Beil et al, 2012)

Sl. 13 Poređenje specifičnih cena toplotne energije dobijene korišćenjem biometana i prirodnog gasa (Klinski, 2009)

1 – osnovna cena goriva (biogas/prirodni gas), 2 – prerada biogasa, 3 – punjenje u gasovod, 4 – troškovi za generisanje i distribuciju toplotne energije potrošačima

Troškovi proizvodnje toplotne energije su za sva postrojenja viši od cene toplotne energije dobijene iz prirodnog gasa. Ako se u obzir uzme najzastupljeniji tip postrojenja, 500 B, specifična cena toplotne energije je 8,1 ct/kWh, odnosno za oko 35 % viša nego za prirodni gas. Dakle, primena biometana za grejanje na ovom nivou cene prirodnog gasa, nije isplativa bez subvencija.

Prema Direktivi 2009/28/EC drzave članice EU mogu da podstiču, subvencijama, upotrebu biogoriva čijom se upotrebom ostvaruju direktivom propisane minimalne uštede u emisiji gasova sa efektom staklene baste. U članu 17 (paragraf 1, tačka c i paragraf 2) navodi se da finansijska podrška može da se daje jedino za biogoriva čija upotreba dovodi do uštede u emisiji gasova sa efektom staklene bašte od najmanje 35 %, računato na nivou celokupnog životnog ciklusa goriva. Ovaj zahtev povećava se na 50 % 2017, odnosno na 60 % 2018. godine (član 17, paragraf 2). U ovom pogledu je, kako je u poglavlju 4 opisano,

biometan bolji od drugih biogoriva, te može da se računa sa uspostavljanjem subvencija za njegovu primenu.

6. ZAKLJUČCI

Jedan od zahteva definisanih u Direktivi Evropske unije 2009/28/EC je da do 2020. godine bar 10 % goriva za transportna sredstva bude dobijeno iz obnovljivih izvora energije. Najčešće se kao sirovina za biogoriva koristi energetsko bilje, poljoprivredni proizvodi. Proizvodnjom i korišćenjem biogasa ostvaruje se najviša efikasnost, odnosno proizvodnjom ovog biogoriva od useva sa jednog hektara, vozilo može da pređe najviše kilometara.

Biometan je naziv za produkt prerade biogasa, kod kojeg je energetski sadržaj, kao i kod prirodnog gasa, zasnovan na metanu. Prerada biogasa, odnosno proizvodnja metana, obuhvata desumporizaciju, sušenje (odstranjivanje vlage) i uklanjanje


ugljen-dioksida. Nakon prerade, biometan sadrži 88 do preko 99 % metana. Postupci za uklanjanje ugljen-dioksida su razvijeni i zreli za praktičnu primenu, ali se i dalje unapređuju.

Biometan može da se koristi na različite načine, kao gorivo za motore SUS prilagođene za rad sa prirodnim gasom, u kogenerativnim postrojenjima, u kotlovima i pećima. Utiskivanjem biometana u distributivnu mrežu prirodnog gasa, ostvaruje se njegovo skladištenje i transport na veća rastojanja. Najznačajnije je korišćenje biometana kao goriva za motore vozila. Nakon toga, značajna je i primena u kogenerativnim postrojenjima na lokacijama koje su udaljene od biogas postrojenja, a koja se bira u blizini značajnih korisnika toplotne energije.

Korišćenje biometana kao goriva ima pozitivne efekte u pogledu zaštite životne sredine. Poznato je da su emisije zagađujućih materija u izduvnim gasovima pri korišćenju prirodnog gasa, pa time i biometana, niže nego pri korišćenju fosilnih goriva. Stoga je primena biometana posebno preporučljiva za vozila koja se kreću urbanim sredinama, a to su autobusi gradskog saobraćaja i vozila komunalnih službi. Primenom biometana značajno se smanjuje emisija gasova sa efektom staklene bašte, GHG, posmatrajući ceo životni ciklus. Smanjenje je, u poređenju sa fosilnim gorivima, i do 97 %.

Cena biometana zavisi od cene sirovine, odnosno biogasa i troškova prerade. Na cenu biogasa utiču cene korišćene sirovine, supstrata, te kapaciteta postrojenja. Troškovi prerade zavise od vrste postupka i kapaciteta postrojenja. Specifična cena biometana (po jedinici primarne energije), čak i za najpovoljnije uslove, još uvek je viša nego cena prirodnog gasa. U budućnosti se očekuje izjednačavanje cena, a do tada će se primenjivati subvencije za korišćenje biometana. Relativno dobri efekti postižu se pri korišćenju toplotne energije kogenerativnih postrojenja koja kao gorivo koriste biometan.

Biometan predstavlja perspektivno gorivo budućnosti, sa dobrim efektima u pogledu zaštite životne sredine. Smislena proizvodnja i korišćenje mogu da doprinesu ruralnom razvoju i opštem ekonomskom boljitku državne ekonomije, kao i smanjenju zavisnosti od uvoznih goriva.

LITERATURA [1] Beil M, Beyrich Wiebke, Holzhammer U, Krause T. 2012.

Biomethan. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), Gülzow.

[2] Graf W. 2007. Kraftstoff Biogas. Books on Demand GmbH, Norderstedt.

[3] Kaltschmitt M, Hartmann H. 2001. Energie aus Biomasse – Grundlagen, Techniken und Verfahren. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York.

[4] Klinski S. 2009. Studie Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), Gülzow.

[5] Michel J, Weiske A, Möller K. 2010. The effect of biogas digestion on the environmental impact and energy balances in organic cropping systems using the life-cycle assessment

methodology. Renewable Agriculture and Food Systems 25(3): 204-218.

[6] Peters D, Christian A. Rumpke C.A, Kalinowska Dominika. 2011. Erdgas und Biomethan im künftigen Kraftstoffmix. Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena), Berlin.

[7] Rutz D, Janssen R. 2007. BioFuel technology handbook. WIP Renewable Energies, München.

[8] Schinnerl D, Bleyl-Androschin J.W, Eder M. 2010. Wirtschaftlichkeit von Miomethan Nutzungspfaden. Grazer Energieagentur, Graz.

[9] Wellinger A, Lindberg Anna. 2000. Biogas upgrading and utilisation – IEA Bioenergy Task (vol. 24). International Energy Association, Paris.

[10] Anonim. 1999. Directive 1999/96/EC on the approximation of the laws of the Member States relating to measures to be taken against the emission of gaseous and particulate pollutants from compression ignition engines for use in vehicles, and the emission of gaseous pollutants from positive ignition engines fuelled with natural gas or liquefied petroleum gas for use in vehicles and amending Council Directive 88/77/EEC. Official Journal of the European Union.

[11] Anonim. 2005. Directive 2005/55/EC on the approximation of the laws of the Member States relating to the measures to be taken against the emission of gaseous and particulate pollutants from compression-ignition engines for use in vehicles, and the emission of gaseous pollutants from positive-ignition engines fuelled with natural gas or liquefied petroleum gas for use in vehicles. Official Journal of the European Union.

[12] Anonim. 2007. Memorandum of Understanding on the Regional Energy Market in South East Europe and its Integration into the European Community Internal Energy Market. www.stabilitypact.org/energy.

[13] Anonim. 2008. Biogas – an introduction. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., Gülzow, Nemačka.

[14] Anonim. 2009a. Directive 2009/28/EC on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC. Official Journal of the European Union.

[15] Anonim. 2009b. Regulation (EC) 595/2009 on type-approval of motor vehicles and engines with respect to emissions from heavy duty vehicles (Euro VI) and on access to vehicle repair and maintenance information and amending Regulation (EC) No 715/2007 and Directive 2007/46/EC and repealing Directives 80/1269/EEC, 2005/55/EC and 2005/78/EC. Official Journal of the European Union.

[16] Anonim. 2011. Aufbereitung von Biogas. Merkblatt DWA-M 361, Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall e.V. (DWA), Hennef.



UDK: 662.997 Professional paper

ODRŽIVO KORIŠĆENJE GEOTERMALNE ENERGIJE U POLJOPRIVREDI

THE SUSTAINABLE USE OF GEOTHERMAL ENERGY IN AGRICULTURE

Prof dr Dragan ŠKOBALJ1, Sonja LUKIĆ2 1 – Internacionalni Univerzitet Brčko, BIH

2 – Fakultet zaštite na radu, Univerzitet u Nišu, Niš

REZIME

Poljoprivredna proizvodnja, posebno u zaštićenom prostoru, zahteva veliki utrošak energije. Visoka cena energije koja je poreklom iz fosilnih goriva znatno poskupljuje proizvodnju u zaštićenom prostoru. Geotermalne vode na prostoru Srbije bi mogle imati značajne primene u visokointenzivnoj proizvodnju hrane. Područje Posavine i donjeg Podrinja je pogodno za razvoj visokoproduktivne poljoprivredne proizvodnje zbog povoljne klime, pogodnih pedoloških karakteristika i značajnih nalazišta geotermalnih voda.

Ključne reči: poljoprivreda, proizvodnja hrane, energija, geotermalne vode

SUMMARY

Agricultural production expecially in protected space, requires a great consumption of energy. The high price of energy originating from fossil fuel significantely increases the price of production in protected space. Geothermal waters in Serbia could have a considerable use in highly intensive food production. The region of Posavina and lower Podrinje is very suitable for the development of highly intensive food production due to its favourable climate, and good soil qualities as well as the existence of geothermal waters.

Key words: agricultural, food production, energy, geothermal waters

UVOD

Materijalni i intelektualni progres čoveka, postao je sve zavisniji od sila i energije prirode, koje on stavlja u svoju službu. Nije baš tačno prava mera dobrog stanja i prosvećenosti, količina upotrebljene energije je pouzdan pokazatelj stepena sigurnosti, udobnosti i olakšanja, bez kojih bi ljudska rasa bila izložena sve većoj bedi i oskudicama, što bi vodilo ka propasti civilizacije.

Prema zvaničnim informacijama ukupan potencijal OIE u Srbiji je 4,3 Mten. To pretstavlja oko 25% ukupne primarne potrošnje energije (PPE). Potencijal pojedinih resursa iznosi:

- Geotermalna energija (GTE) – 0,2Mten,

- Energija vetra (EV) – 0,2 Mten,

- Energija sunca (SE) – 2,6 Mten,

- Neiskorišćeni hidropotencijal (HE) – 0,6Mten i

- Energija iz biomase (EBM) – 2,7Mten

Treba napomenuti da neki potencijali kao što je solarni potencijal za proizvodnju električne enegije ili potencijal geotermalne energije, imaju kapacitete kojim se mogu teoretski, ali i tehnički zadovoljiti apsolutno sve potrebe za energijom. Sa aktuelnog ekonomskog aspekta takve pretpostavke višestruko prevazilaze vrlo optimističke procene razvoja energetskog sektora bilo gde u svetu.

Poljoprivredna proizvodnja, posebno u zaštićenom prostoru, zahteva veliki utrošak energije. Visoka cena energije koja je poreklom iz fosilnih goriva znatno poskupljuje proizvodnju u zaštićenom prostoru. Korišćenje geotermalne energije u proizvodnji hrane, podrazumeva, pre svega, upotrebu podzemnih termalnih voda kao izvor toplote.

Spektar korišćenja geotermalnih voda je širok. Koriste se u različitim vidovima u industriji, za zagrevanje stambenog prostora, vodosnabdevanje bazena za kupanje, u poljoprivredi, za navodnjavanje i dr. svrhe.

Geotermalne vode se u Srbiji simbolično koriste iako ona spada u bogatije zemlje. Pored konstatacije da se na našim prostorima nalaze značajne rezerve geotermalne energije koja svoju primenu može naći i u biljnoj proizvodnji, planiranje istraživanja i razvoja i efikasno korišćenje postojećih resursa (voda, zemljište, klima, tehnologija) predstavlja izazov za istraživače sa polja poljoprivrede i hidrogeologije.

Predviđanje i prognoziranje u oblasti eksploatacije geotermalnih resursa u poljoprivredi bazira se na egzaktnim istraživanjima čije proširivanje može pružiti potpunu sliku o mogućnosti njihove primene u poljoprivrednoj proizvodnji

1. Značaj korišćenja geotermalne energije Geotermalni resursi termalnih i termomineralnih voda se u

Srbiji simbolično koriste, iako po geotermalnom potencijalu Srbija spada u bogatije zemlje. Njihova eksploatacija i korišćenje moraju postati intezivni, jer na to primoravaju sledeći faktori:

- Tenzije naftnoenergetske neravnoteže,

- Promene prioriteta i njihove evolucije,

- Sve veći porast i deficit fosilnih organskih goriva,

- Porast transportnih troškova i

- Regionalno odvajanje,

Pogoršanje ekološke situacije, zbog globalnih, regionalnih i lokalnih uticaja i porast troškova za zaštitu životne sredine.

Najveći značaj za Srbiju imaće korišćenje geotermalnih resursa, termalnih i termomineralnih voda za potrebe rekreacije, balneoterapije, grejanja i toplifikacije ruralnih i urbanih populacija i razvoja poljoprivrede, odnosno proizvodnja hrane po najsloženijim ekološkim standardima.

2. Geotermalna energija Srbija se nalazi na prostoru sa vrlo povoljnim geotermičkim

potencijalom (toplotni fluks na većem delu teritorije je veći od


60mW/m3). Potencijal postojećih geotermalnih izvora (bušotina, većinom u vlasništvu NIS-a) iznosi oko 0,2Mten, nisu uključene dizalice toplote. Pored velikog kapaciteta nekih od izvorišta temperatura najvećeg broja izvorišta je ispod 80ºC, i to nije povoljno za proizvodnju električne energije. Samo izvorište u Vranjskoj Banji ima odgovarajuće kapacitete za izgradnju geotermalne elektrane.

U Srbiji je veoma povoljno tlo za upotrebu geotermalne energije u poljoprivredi za poboljšanje kvaliteta poljoprivrednih proizvoda sa ekološkog aspekta.. Trenutna upotreba geotermalne energije u Srbiji je daleko ispod realnih mogućnosti. Najčešće se koristi u balneološke svrhe, a tu su moguća unapređenja. Postoji dvadesetak primera upotrebe geotermalne energije od strane privatnih investitora (Aksin, V. i sar., 1998).

3. Korišćenje geotermalne vode u poljoprivredi Temperatura je važan faktor koji utiče na rast biljaka,

životinja, riba i mikroorganizama. Razvoj mnogih kultura može se optimizirati regulacijom njihove okolne temperature. Treba naglasiti da hortikultura i akvakultura traže srednje geotermalne temperature. U Srbiji je veliki broj geotermalnih voda sa srednjim temperaturama. Sve veća primena geotermalne energije i njene koristi dovela je do velikog razvoja staklenika i ribogojstva, tako da je ovaj način njenog korišćenja u svetu veoma raširen. Ostale primene obuhvataju stočarstvo, anaerobno prečišćavanje otpadnih voda, zagrevanje zemljiišta i gajenje gljiva. Izvestan broj kultura se može gajiti u staklenicima, što čini geotermalne resurse u područjima sa hladnom klimom ili u zimskim uslovima, naročito interesantnim. Te kulture su: povrće, cveće, sobne biljke, rasad i baštenske sadnice. Ova tehnologija je veoma raširena u razvijenim zemljama sveta i geotermalna energija se značajno koristi.

Krastavci se najbolje gaje na temperaturi između 25ºC i 35ºC, paradajz na oko 20 ºC, a zelena salata na temperaturi do 15 ºC. Vegetacioni period za krastavce obično iznosi 90 do 100 dana, dok je vegetacioni ciklus paradajza od 9 do 12 meseci. Primena geitermalne energije za grejanje smanjuje operativne troškove (koji učestvuju i do 40% u ceni proizvoda) i omogućuje rad i u hladnim periodima gde bi inače komercionalni staklenici zbog velike potrošnje fosilnih goriva i njihove cene bili rentabilni. Staklenici se mogu prilagoditi za primenu velikih količina toplote iz nosioca toplote relativno niske temperatire. Može se jednostavnije obezbediti regulacija vlažnosti, a time se sprečava pojava plesni i drugih problema vezanih za zaštitu bilja od bolesti.

3.1. Zagrevanje u staklenicima Staklenici se obično grade od čeličnih ili aluminijumskih

ramova i oblažu se staklom ili plastičnom folijom. Do sada su se koristili staklenici sa jendostavnim staklom koji su veliki potrošači toplotne energije ( U=5,9 W/m2K), ali su se karakterisali visokom svetlosnom propustljivošću. Visoka svetlosna propustljivost odgovara pojedinim kulturama. Danas su napravljeni termoizolacioni stakleni paketi sa značajno smanjenim transmisionim gubicima toplote (U=1,1 W/m2K), s tim da je svetlosna propustljivost neznatno smanjena. Na ovaj način je i potrošnja energije potrebne za zagrevanje značajno smanjena.

Zagrevanje staklenika i plastenika može se postići na nekoliko naćina:

- Cirkulacijom vazduha preko izmenjivača toplote sa vrelom vodom;

- Cirkulacijom vrele vode kroz cevi ili vodove smeštene u tlu ili na njemu;

- Preko grejnih tela postavljenih duž zidova;

- Kombinovanjem više načina.

Izbor tipa može biti diktiran i vrstom kulture i potencijalnim problemima biljnih bolesti.

Akvakultura obuhvata gajenje slatkovodnih organizama u regulisanoj sredini radi povećanja proizvodnosti. Glavne vrste za gajenje su som, grgeč i kečiga.

3.2. Sušenje Sušenje je uglavnom opšta operacija. Sušenje mnogih

proizvoda je usavršeno sa toplom vodom. Čitav niz proizvoda povrća i voća mogu se dehidrirati na temperaturama koje najčešće imaju geotermalne vode. Za proces dehidratacije potrebne su sušare sa pokretnim trakama ili sušare sa slabije zagrejanim vazduhom temperature od 37 do 100ºC. Ovo se primenjuje u širokom opsegu, počev od svih vrsta sušenja poljoprivrednih proizvoda (luk, krompir, povrće, pirinač, lišće od čaja, žitarice, semena), morskih proizvoda (sve vrste riba i drugih produkata iz okeana), sušenje drveta do sušenja u fabrikama minerala. U većini od njih najčešće se primenjuje zagrejan vazduh, a u nekim slučajevima sušenje se vrši i direknim kontaktom. Sušenje i dehidratacija su dve, možda, najvažnije industrijske primene geotermalne energije.

4. Kaskadno korišćenje Geotermalni resursi niske, srednje i visoke temperature mogu

se koristiti za čitav niz primena. Primena istog geotermalnog fluida može doći u obzir da bi se obezbedila maksimalna efikasnost i korist. Takva primena se naziva kaskadno ili kombinovano korišćenje. Geotermalne primene su karakteristične za svaki teren i u mnogim slučajevima mogu da ograniče kaskadni pristup.

Staklenici i zagrevanje zemljišta su jedan primer kaskadnog korišćenja. Fluid se prvo može upotrebiti za grejanje staklenika gde se gaje krastavci i paradajz a zatim se odvodi cevovodom na susedne parcele, gde se na otvorenom gaji kupus, šargarepa i drugo povrće. Zagrevanje zemljišta omogućava usevima da rastu na optimalnoj temperaturi, kao i da se oni mogu gajiti u klimatskim uslovima koji nisu sasvim povoljni za komercijalnu proizvodnju. Zagrevanjem zemljišta povećava se verovatnoća uspešnog gajenja kulture na mestima gde vremenski uslovi ograničavaju hortikulturu.

Kombinovano korišćenje može da olakša balansiranje opterećenja korišćenja geoterlmane vode. Na primer pogoni za dehidrataciju povrća mogu normalno da rade u toku toplih meseci vegetacionog perioda. S druge strane, staklenici imaju veće radno opterećenje u hladnim mesecima. Te dve primene mogu da rade iz istog geotermalnog izvora. Isto tako, komunalno grejanje traži zimi više vrele vode nego leti, dok bi ribnjaci mogli da rade tako da im najveća potrošnja vode bude u proleće i leto. I ovde za ove primene može da se koristi isti geotermalni izvor.

5. Ograničenja primene geotermalnih fluida Transport geotermalnih fluida od mesta proizvodnje do

potrošača nije više ograničavajući faktor za njihovo korišćenje. Topla voda se u velikim količinama (veliki protok) može ekonomično transportovati na velika rastojanja, na primer do 60km para se može transportovati na velika rastojanja bez pogoršanja verdnosti.

Korišćenje geotermalnih fluida u industriji je vezano za sadržaj gasova i miris H2S. Osim u nekim slučajevima, gde se takvi uslovi moraju rešiti sa specijalnim razmnjivačem toplote, takvi prigovori se zasnivaju više na pretpostavkama a ne na stvarnom iskustvu. Što se tiče uticaja na životnu sredinu, kao što je efekat staklene bašte i kisele kiše, industrija za ove probleme


ne treba da brine, jer je emisija štetnih nusproizvoda veoma mala u odnosu na fosilna goriva.

6. Poljoprivreda kao potrošač energije Proizvodnja hrane, odnosno biomase, zahteva veliki utrošak

energije. Od ukupne potrošnje energije za poljoprivredu, ratarska proizvodnja troši oko 40%, stočarstvo 25% i povrtarstvo preko 20%.

Energija u poljoprivredi se troši:

direktno kao npr. gorivo za rad poljoprivredne mehanizacije (obrada zemljišta, setva, žetva, dr.),

indirektno, kao već ugrađena energija u toku proizvodnje poljoprivrednih mašina, raznih hemijskih sredstava koja se koriste u poljoprivrednoj proizvodnji.

Budućnost proizvodnje hrane određena je zahtevima čovečanstva za zadovoljavanjem neophodnih količina zdravstveno ispravne i kvalitetne hrane koja će moći da podmiri ljudske potrebe. Pored konvencionalno proizvedene hrane ne treba zanemariti ni mogućnosti proizvodnje hrane u strogo kontrolisanim uslovima u postupku uzgajanja biljaka, kao i razvoj odgovarajućih tehnologija i biotehnologija (Ministarstvo rudarstva i energetike Republike Srbije, 2005).

Potrošnja energije u staklenicima Gajenje biljaka u zaštićenom prostoru, pre svega u

staklenicima i plastenicima podrazumeva organizovanje visokointenzivne proizvodnje koja zahteva obilno korišćenje svih neophodnih resursa. Staklenici predstavljaju najrašireniji oblik zaštićenog prostora. Površine pod staklenicima mogu prelaziti preko 100 ha. Velike stakleničke površine smanjuju troškove po jedinici površine i omogućavaju optimalnu organizaciju proizvodnje. Jedna od najznačajnijih stavki u troškovima stakleničke proizvodnje je potrošnja goriva za zagrevanje staklenika. To iziskuje i obezbeđenje bliskih i jeftinih izvora energije. Kao izvor toplotne energije služi sunčeva energija ili pošto ona nije dovoljna koriste se i drugi izvori kao što su: nafta, prirodni gas, ugalj, drvo, biomasa, električna energija i geotermalne vode, koji oslobađaju različite količine energije.

Sunčeva energija neophodna za fotosintetske procese u biljkama u toku zime nije dovoljna za zagrevanje staklenika i plastenika. Smatra se da se u našem podneblju štedi oko 35 % goriva, zahvaljujući sunčevom zračenju. Od svih materijala, polietilena, PVC-a i stakla najbolja toplotna svojstva ima staklo. Tečna goriva su u periodu pre energetske krize imala primat kao energent za zagrevanje te je pre 20 godina njime zagrevano oko 90 % staklenika. Visoka zavisnost od uvoza, tečna goriva je učinio neekonomičnim u zagrevanju staklenika. U našem podneblju se za proizvodnju 1 kg paradajza u toku zime potroši 2,5 do 5,5 kg mazuta, a za proizvodnju 1 kg krastavca se troši 2 do 2,5 kg. To dovoljno govori o skupoći stakleničke proizvodnje zasnovane na mazutu. Ugalj kao izvor toplotne energije tokom zadnjih 30 godina gubi trku sa tečnim gorivom.

Navedeni izvori energije za zagrevanje staklenika se po ekološkim i ekonomskim standardima ne mogu porediti sa energijom koja se dobija iz geotermalnih voda. Upravo velika nalazišta ovih voda u Srbiji mogu imati veliki značaj u pogledu razvoja biljne proizvodnje, pre svega povrtarstva i cvećarstva.

Pošto su staklenici i plastenici veliki potrošači energije njeno racionalno i štedljivo korišćenje ima uticaj na cenu proizvodnje. Pored konstrukcionih rešenja staklenika, značajno mesto u potrošnji toplote igra i lokacija staklenika.

Najvažniji kriterijum za procenu racionalnosti izgradnje velikih stakleničkih površina je udaljenost najjeftinijeg izvora energije. Prostor gde se podižu staklenici mora biti zaštićen od

vetrova, koji mogu značajno smanjiti temperaturu u zaštićenom prostoru, a što se postiže pravilnim izborom mesta gde se gradi staklenik.

Izbor povrtarskih i cvećarskih vrsta i vreme proizvodnje su uslovljeni vrstom zaštićenog prostora, klimom i tržištem na kom se plasiraju proizvodi. Jeftini izvori energije za zagrevanje zaštićenog prostora, kao što su geotermalne vode, u našim uslovima pruža mogućnost ranijih rokova setve, što je prednost u odnosu na više geografske širine, pošto na našim širinama ima više svetlosti.

Teoretski idealan staklenik bi bio onaj koji se nalazi u blizini mora (velika insolacija), prostor bez vetrova, koji se zagreva geotermalnim vodama iz sopstvenog izvora, u blizini velikog grada i saobraćajnica na ravnom i plodnom zemljištu. Pored proizvodnje paradajza i krastavaca koji su najzastupljenije biljke koje se gaje u zaštićenom prostoru, zastupljene su i druge ratarske i cvećarske vrste poput paprike, dinje, lubenice, salate, hrizanteme, kao i rasad povrtarskih biljaka i dr.

7. Toplotno-energetski sistem za racionalno korišćenje energije geotermalnih voda Biće predstavljen toplotno-energetski sistem za racionalno

korišćenje energetskog potencijala termalnih voda. Rešenje je zasnovano na realnoj primeni eksploatacionih parametara oglednih bušotina B1 i B2.

Na lokalitetu blizu Čačka izvedene su dve hidrotermalne bušotine, čije je hidrodinamičko ispitivanje dalo sledeće rezultate:

Protok termalne vode iz jedne bušotine m1v = 5 l/s=5 10-3 m3/s

Broj bušotina: 2

Ukupan protok termalne vode za dve bušotine,

V=2 * m1v = 2 *5 = 10 l/s =10 * 10-3 m3/s

Gasni faktor αp =1,6 m3g/m3v

Temperatura gasa tg = 50ºC

Tg = tg + 273,16 = 50 + 273,16 = 323,16 K

Temperatura termalne vode tV = 52ºC

TV = 273,16 – 52 = 325,16 K

Sastav slobodnih gasova CH4 = 82,17 %mol; C2H6 = 0,02%; CO2 = 11,9%; N2 = 6,72%

Hemijska analiza je pokazala da je mineralizacija termalne vode mala, tako da je moguć tretman kao kod normalne tople vode, što predstavlja veoma značajnu pogodnost. U neposrednoj blizini naznačene lokacije planira se izgradnja sportsko-rekreativnog centra sa kompleksom otvorenih i zatvorenih bazena kao i hotelskih kapaciteta. Treba naglasiti da se bušotine nalaze blizu poljoprivrednih područja. Bušotine se mogu odgovarajućim instalacijama povezati sa poljoprivrednim zemljištem.

Raspoloživi primarni energetski potencijal se definiše temperaturom do koj će se ohladiti voda iz bušotine. Ta temperatura je 30ºC (303 K), u obzir treba uzeti i energiju sagorevanja separisanog gasa. Raspoloživi toplotni potencijal termalne vode:

Qv = m * cv * Δt = 10 * 4,186 * 22 = 920,92 kW

gde su:

- ms10 kg/s – maseni protok vode na obe bušotine,

- cv = 4,186kJ/kgK – specifični toplotni kapacitet vode,

- Δt =tul - tizl = 52 - 30 = 22ºC,

- tul = 52ºC – temperatura vode na izlazu iz bušotine, koja je i istovremeno i ulazna u izmenjivač toplote,


- tizl = 30ºC – temperatura izlazne vode iz izmenjivača toplote.

Raspolozivi protok separisanog gasa je: ms = αp * mv = 1,6 * 10 * 10-3 16 · 10-3 m3g/s

Raspoloživi toplotni potencijal ostvaren sagorevanjem prirodnog gasa:

Qg = ms * Hd = 0,016 * 35400 = 566,4 kW.

gde su:

S = 0,016 m3/s – maseni protok gasa i

Hd = 35400 kJ/m3 – donja toplotna moć gasa.

Raspoloživi primarni energetski potencijal hlađenjem vode i sagorevanjem separisanog gasa iznosi:

Qv + Qg = 920,92 + 566,4 = 1487 kW

Utvrđeni topltno-energetski potencijal od 1487kW potrebno je na efikasan način realizovati u toplotno-energetskom sistemu.

Toplotno-energetski sistem je izuzetno kompleksan jer ga čine gasni motor i dizalica toplote i generator naizmenične struje. Sistem funkcioniše na način: da se voda iz bušotine transprotuje toplovodom do objekta u kojem se nalazi razmenjivač toplote. U razmenjivaču toplote se zagreva hladna voda t1HV = 15ºC (287 K) na t2HV = 40ºC (313 K) za sanitarne potrebe. Za potrebe akumulacije, instaliran je odgovarajući akumulator toplote. Pothlađena termalna voda od 52ºC na 30ºC, iz primarnog izmenjivača toplote se odgovarajućom pumpom transportuje u isparivač dizalica toplote.

Sika 1. Količinu toplote koju preda termalna voda primi sanitarna voda

Q1v = m * c * Δt1 → količina toplote koju preda temalna voda iz bušotine.

Q2 = ms *· c * Δt2

m * c * Δt = mg * c * Δt2

Protok sanitarne vode ms = 8,8 kg/s. Radi povećanja efikasnosti toplotno-energetskog sistema dograđene su dve dizalice toplote. Klipne kompresore dizalice toplote pomoću dva odgovarajuća gasna motora, koji kao gorivo specijalno koriste pogonski gas protoka: ms = 0,016 m3g/s, donje toplotne moći Hd 35400 kJ/m3. U isparivačima toplotnih pumpi se rashladnom fluidu (CFC) predaje količina toplote nastale hlađenjem termalne vode sa 40ºC na 30ºC, do temperature bazenske vode.

Predata količina toplote u jedinici vremena na isparivaču iznosi Q2 = 10 * 4,186 * 10* = 418,6 kW. Voda temperature 30ºC na izlazu iz isparivača izliva se u bazen. Iz bazena se voda preliva i transportuje u drugu bušotinu i uliva u geotemalni kolektor na ponovno zagrevanje.

Radnom medijumu toplotne pumpe dodaje se mehanički rad N = 125 kW, sabijanjem u klipnom kompresoru, i na taj način

uvećava se količina toplote rashladnog fluida. Na ovaj način se u kondezatoru predaje toplota povratnoj vodi tk1 =46ºC zatvorenog grejnog sistema. Ovim postupkom se povratnoj vodi grejnog sistema protoka 5kg/s povisi temperatura na 70ºC. Pri ostvarivanju pogonske snage gasnog motora P=125 kW stvaraju se produkti sagorevanja koji nose veliku količinu toplote. Moguće je istu iskoristiti za dogrevanje tople vode temperature 70ºC. To se postiže na taj način što se izlazne vode iz kondezatora odvode u izmenjivač toplote. Rasladne vode gasnog motora u izmenjivaču toplote predaju toplotu cirkulisanoj vodi grejnog sistema. Ovim postupkom se cirkulisanoj vodi temperature 70ºC povisi temperatura na 74ºC. Iz izmenjivača toplote gasnog motora cirkulisana voda se uvodi u zagrejač vode, u kojem se hlađenjem dimnih gasova od 500ºC na 120ºC, zagreva do 77ºC. Tople vode temperature 77ºC se ispuštaju u zatvoreni cirkulisani grejni sistem bazenskog kompleksa.

Naznačeni toplotno-energetski sistem može da ostvari svoju funkciju u letnjem periodu. Tada termalna voda iz bušotine obezbeđuje dovoljne količine prirodnog gasa za pogon dva gasna motora. Gasni motori dobijaju novu namenu, jer pokreću odgovarajuće elektro-generatore za proizvodnju električne energije Pel=192 kW, kojom se mogu pokriti potrebe pogonske električne enrgije za hotelski kompleks. Treba naglasiti da se sanitarnoj toploj vodi temperature 40ºC može povisiti temperatura na 50ºC prevođenjem preko izmenjivača toplote gasnih motora. Ovim postupkom je u akumulisanom rezervoaru izvršena priprema vode za zimski pogon grejnog sistema.

8. Ekološke koristi korišćenja geotermalne energije Geotermalna energija je ekološki najvredniji resurs, zato što

je najprimetniji činilac svake kultivacije. Ona je praktično bezopasna za zdravlje ljudi i životinja. Ekološka vrednost geotermalne energije je u njenoj autonomnosti i visokom koeficijentu ekvifinalnosti, ona se direktno koristi što nije slučaj kod fosilnih energetskih goriva.

Visoka autonomija geotermalne energije nas oslobađa od zagađujućih materija, zato što je ona u svim svojim pojavnim oblicima čista i gotova energija, da bi se do nje došlo nije potrebna nikakva konverzija. Da bi se dobila toplotna energija iz drveta, uglja, nafte, prirodnog gasa i biomase, kao jedina moguća iz tih goriva, ona se moraju prvo spaliti. U procesu njihovog sagorevanja javljaju se ekološki nepovoljni i veoma štetni nusprodukti.

Pri eksploataciji i korišćenju geotermalne energije ne stvara se CO2, niti se povećava njegova količina u atmosferi, kao što je to slučaj u toku konverzije fosilnih goriva. Korišćenje geotermalne energije ne dovodi do promene klime usled pojačavanja efekta „staklene bašte“ (Ministarstvo životne sredine, rudarstva i prostornog planiranja, 2009).

Vodena para i drugi gasovi u atmosferi imaju zaštitnu ulogu za živi svet na Zemlji preko prirodnog efekta „staklene bašte“, koji zadržava sunčevo zračenje i čini da prosečna temperatura Zemljine površine bude oko 15ºC. Da nije atmosfere i tog njenog prirodnog zaštitnog efekta površina Zemlje bi bila ledena pustinja, jer bi prosečna temperatura bila oko -20ºC.

Eksploatacijom i iskorišćenjem geotermalne energije ne uništava se stratosferski ozon. Ovaj gas ima veoma važnu zaštitnu ulogu za živi svet, jer smanjuje intenzitet sunčevog zračenja, sprečava UV zračenje da intenzivno zagreva Zemlju i dovodi do pojave karcinoma kože kod ljudi i životinja.

Glavni uzročnici smanjenja debljine ozonskog omotača su CO2, CH4, NOx, koji su nastali sagorevanjem fosilnih goriva. Glavna ekološka korist i prednost geotermalne energije u odnosu na fosilne energente je u saglasnosti sa prirodom.


Zaključak Projekti neposrednog korišćenja geotermalne energije u

poljoprivredi zavise od lokacije zato što lokacija i karakteristika resursa moraju biti kompatibilni sa korišćenjem. Dužine cevovoda za dovod i razvod čine značajnu stavku u troškovima svakog geotermalnog projekta. Blizina korisnika resursa može da doprinose smanjenju troškova za dovodne cevovode. Dubina bušenja određuje cenu eksploatacije i injekcionih bunara. Jedna od mogućnosti je izbor između plitkih bunara sa niskom temperaturom termalne vode čija se geotermalna energija koristi dizalicom toplote, i dubljih sa visokom temperaturom termalnih voda, čija se geotermalna energija neposredno koristi.

Pored korišćenja geotermalne energije za zagrevanje zaštićenog prostora u poljoprivredi, ona se može koristiti u semenarstvu, za posležetveno sušenje semena, sušenje lekovitog bilja, voća, povrća, za upotrebu u stočarstvu za zagrevanje staja i pojenje stoke, uzgoj riba, akvakulturi, agroindustriji i dr. oblicima.

Korišćenje geotermalnih resursa u Srbiji će biti značajna osnova privrednog razvoja. Društvene, tehnološke i ekonomske prednosti ili koristi od njihovog korišćenja su i dalje značajne u poređenju sa drugim izvorima energije i dobijaju još veću vrednost ukoliko zabrinutost za povećanje CO2 u atmosferi dovede do ekonomskih mera koje će obeshrabriti korišćenje fosilnih goriva. Oni sami neće biti dovoljni da stimulišu porast svog korišćenja u industriji. Ona će zavisiti više od naše sposobnosti za poslovnost i marketing, i od naše kompetentnosti u tehničkim oblastima, nego od geotermalne tehnologije kao takve. Ona će zahtevati čvrstu saradnju između državnog i privatnog sektora u realizaciji pojedinih projekata.

Sa porastom stope vraćanja ili troškovima dobijenog kredita smanjuje se rentabilnost projekta. Komparativna analiza treba da obuhvati dug radni vek geotermalnih objekata sa visokom inflacionom stopom, koja smanjuje konkurentnost fosilnih goriva, a čime konkurentnost geotermalne energije postaje veoma povoljna. Analiza troškova radnog ciklusa je način koji se obično primenjuje za utvrđivanje ekonomske opravdanosti. Ona treba da obuhvati kapitalne investicije, godišnje troškove održavanja i rada, finansijske izdatke, poreze i osiguranje.

Geotermalna energija u Srbiji može da odigra značajnu ulogu, kako u povećavanju snabdevanja rentabilnom energijom, koja je prihvatljiva sa aspekta očuvanja životne sredine, tako i u

pomoći komunalnim službama za njihovo integralno planiranje resursa time što će se neposredno koristiti geotermalna energija. Ona mora da se uvrsti u primarne energetske resurse, mora da dobije ravnopravan status sa ugljem, naftom, hidroenergijom i drugim fosilnim izvorima energije. Ona se ne sme dalje ograničavati. Eksploatacija i korišćenje geotermalne energije mora da postane imperativ, jer se radi o vrednoj prirodnoj energiji za čije korišćenje nije potrebna nikakva konverzija. Ona ne povećava prirodni efekat staklene bašte, ne dovodi do promene klime, ne razara ozonski omotač i ne dovodi do pojave kiselih kiša. Sve te veoma štetne efekte za životnu sredinu od kojih će značajno zavisiti opstanak ljudske vrste izazivaju zagađujuć materije nastale sve većim sagorevanjem fosilnih goriva (CO2, CH4, NOx, SO2). Zbog toga geotermalne resurse treba istraživati i koristiti u što većem obimu.

Država treba da uredi zakonsku regulativu u poljoprivredi kako bi podsticala poljoprivredne proizvođače da osim što proizvode hranu, postanu i proizvođači energije čime bi stvorili uslove za dodatne prihode.

Do boljeg korišćenja i poznavanja geotermalnih resursa se može doći saradnjom geologa i agronoma koja bi rezultovala detaljnim prostornim, regionalnim i geografskim mapiranjem Srbije, što bi moglo biti putokaz za organizaciju intenzivne poljoprivredne proizvodnje uz optimalno i produktivno korišćenje svih raspoloživih resursa.

LITERATURA

[1] Aksin, V., Milosavljević S., Vidović S., Tonić S., 1998: Istraživanje i korišćenje izvora geotermalne energije u Srbiji, SANY, Odbor za energetiku, Pododbor za geotermalnu energiju, Novi Sad/Beograd.

[2] Marković R., Tonić S., 1999: Hidrotermalni potencijali Severne Bačke, XII Jugoslovenski simpozijum o hidrogeologiji i inžinjerskoj geologiji, Novi Sad.

[3] Ministarstvo rudarstva i energetike Republike Srbije, 2005: Strategija razvoja energetike Republike Srbije do 2015., str. 50.

[4] Ministarstvo životne sredine, rudarstva i prostornog planiranja, 2009: Zakon o zaštiti životne sredine („Sl. glasnik RS“ br. 135/04 i 36/09).



UDK: 662.756.3;35.077.6 Professional paper

PROPISI ZA PROIZVODNJU ELEKTRIČNE I TOPLOTNE ENERGIJE IZ BIOGASA U SRBIJI, HRVATSKOJ I MAĐARSKOJ I NJIHOVI EFEKTI U PRAKSI

LEGAL AND REGULATORY FRAMEWORK FOR HEAT AND ELECTRICITY PRODUCTION FROM BIOGAS IN SERBIA, CROATIA AND HUNGARY AND

THEIR EFFECTS IN PRACTICE

Miloš TEŠIĆ1, Žolt SAKALAŠ2, Ferenc KIŠ3 1 Vojvođanska akademija nauka i umetnosti, Vojvode Putnika 1, Novi Sad

2 Pokrajinski sekretarijat za obrazovanje, upravu i nacionalne zajednice, Bul. Mihajla Pupina 16, Novi Sad, 3 Tehnološki fakultet, Univerzitet u Novom Sadu, Bul. cara Lazara 1, Novi Sad

E-mail: [email protected]

REZIME

U radu se prikazuju zakoni i podzakonska akta u oblasti proizvodnje biogasa i njegovog korišćenja za proizvodnju električne i toplotne energije u Srbiji, Hrvatskoj i Mađarskoj, te navode postojeći kapaciteti za proizvodnju biogasa i kogenerativna biogasna postrojenja u tim državama. Razvoj i ostvarivanje novih projekata sa primenom biogasa najviše zavisi od iskrenosti političkih odluka i promišljenosti ekonomskih podsticaja, ali i od uspeha demonstracionih projekata. Broj i kapaciteti postrojenja za proizvodnju električne i toplotne energije iz biogasa u Srbiji, pa i u Hrvatskoj su vrlo skromni, a u Mađarskoj su nešto veći, ali postoje znatne rezerve za njihovo povećanje.

Ključne reči: biogas, zakonska regulativa, kogenerativna postrojenja, Srbija, Hrvatska, Mađarska

SUMMARY

The paper presents the legal and regulatory framework for the production of heat and electricity from biogas in Serbia, Croatia and Hungary. The method is based on an overview and analysis of adopted laws and regulations and other official documents in these countries. The results have revealed that progress has been made in this field in recent years. Midterm targets for the proportion of energy from renewable sources in overall energy consumption have been defined and feed-in-tariffs have been adopted. The existing biogas related legislation, however, is often incomplete, lacks clarity and is insufficiently decisive when implementing specific measures of incentives for production of biogas based energy. As a result the existing biogas production capacities in Serbia and Croatia are very modest, while in Hungary they are more significant but still small.

Key words: biogas, legal and regulatory framework, combined heat and power plants, Serbia, Croatia, Hungary

1. UVOD

Visoku zrelost tehnologija biogasa ilustruje dijagram na sl. 1. Očekivani pad cene postrojenja zbog unapređenja tehnologije i proizvodnje do 2020. godine biće kod elektrana na biogas znatno manji nego kod elektrana na vetar i energiju sunčevog zračenja, što znači da su to 2012. godine već tehnički zrela i pouzdana postrojenja. U zemljama jugoistočne Evrope postoje povoljni klimatski i zemljišni uslovi i farme sa razvijenom ratarskom i stočarskom proizvodnjom (Rutz, 2010; Sioulas, 2011). Iz toga proizilaze mogućnosti za razvoj proizvodnje biomase kao sirovine za proizvodnju biogoriva i postrojenja za proizvodnju biogasa, pa i električne energije iz njih. Za razliku od nekih zemalja zapadne Evrope, u kojima se beleži značajan rast proizvodnje biogasa poslednjih godina (EurObserv`ER, 2011), kapaciteti izvedenih postrojenja za proizvodnju biogasa u zemljama jugoistočne Evrope su skromni (Rutz, 2010). Za razvoj i ostvarivanje novih projekata sa primenom biogasa potrebni su državni mehanizmi stimulacije i odgovarajući kompleksi stvarno podsticajnih propisa, dakle politične odluke, dobro osmišljeni i usklađeni pravni i tehnički propisi, obezbeđeni fondovi za podsticanje, te efikasna postrojenja za ugled, kao i adekvatno obrazovani kadrovi (Tešić i sar. 2004; Tešić i sar. 2006).

Cilj rada je da se razmotre aktuelni zakoni i podzakonska akta u oblasti proizvodnje i primene energije biogasa u Srbiji,

Hrvatskoj i Mađarskoj, te da se da pregled postojećih kapaciteta za proizvodnju biogasa u tim zemljama.

2 MATERIJAL I METOD

Prikupjeni su, sistematizovani i analizirani važeći propisi kojima se reguliše oblast proizvodnje električne i toplotne energije iz biogasa, uz poseban osvrt na podsticajne cene (feed in tarife) koju elektroenergetske firme treba da plaćaju proizvođačima elektične energije iz biogasa u Srbiji, Hrvatskoj i Mađarskoj. Iz dostopne literature i komunikacije sa nadležnim organima i predstavnicima firmi prikupljeni su i predstavljeni podaci o broju i tehničkim karakteristikama postrojenja za proizvodnju električne energije iz biogasa u tim zemljama.

3. REZULTATI I DISKUSIJA

3.1 Propisi u oblasti biogasa u Srbiji, Hrvatskoj i Mađarskoj

3.1.1 Srbija Narodna skupština Republike Srbije donela je Zakon o

energetici 2011. godine, koji je objavljen u Službenom glasniku RS broj: 57/2011. On je zamenio istoimeni Zakon donet 2004. godine i predstavlja pravni akt, koji doprinosi prihvatanju Acquis communautaire, što je i obaveza Srbije u procesu pridruživanja


EU. Normativna rešenja u zakonu uvažavaju praksu država u okruženju koje su dalje odmakle u procesu pridruživanja EU. Glavom VI Zakona data je osnova za bliže uređivanje podsticajnih mera za korišćenje obnovljivih izvora energije, kao što je i biogas. Vlada Srbije ovlašćena je da donese Nacionalni plan, kojim se utvrđuju ciljevi za korišćenje obnovljivih izvora energije za period koji ne može biti kraći od 10 godina. U Nacionalnom planu posebno treba obratiti pažnju na: udeo energije iz obnovljivih izvora u ukupnoj bruto finalnoj potrošnji energije, udeo energije iz obnovljivih izvora u ukupnoj potrošnji električne energije, udeo energije iz obnovljivih izvora u ukupnoj potrošnji za grejanje i hlađenje, dinamiku ostvarenja navedenog, mere i procenjena finansijska sredstva za ostvarenje planiranih udela energije iz obnovljivih izvora. Nacionalni akcioni plan mora biti usaglašen sa propisima kojima se uređuje energetska efikasnost i smanjenje gasova koji izazivaju efekte staklene bašte. Zakon se posebno bavi definicijom, načinom izdavanja, formom i vremenskim važenjem garancije porekla energije koja je nastala iz obnovljivih izvora energije (OIE). Strana garancija porekla može se priznati pod uslovom reciprociteta u skladu sa potvrđenim međunarodnim ugovorom.

Zakonom su definisani i uslovi za sticanje statusa povlašćenog proizvođača električne energije kao i uslovi za sticanje privremenog statusa povlašćenog proizvođača električne energije. Ministarstvo nadležno za poslove energetike rešenjem utvrđuje - na osnovu podnetog zahteva - status povlašćenog proizvođača. Privremeni status povlašćenog proizvođača utvrđuje se na zahtev energetskog subjekta i može trajati najviše tri godine od dana donošenja rešenja, a podnosilac zahteva mora posedovati građevinsku dozvolu za postrojenje u momentu podnošenja zahteva za privremeni status. Privremeni povlašćeni proizvođač, kada stekne status povlašćenog proizvođača ima pravo na podsticaje koji su važili na dan donošenja rešenja kojim je utvrđen privremeni status povlašćenog proizvođača.

Svakako najinteresantnije odredbe zakona, odnose se na podsticajne mere, a to su: obaveza otkupa električne energije od povlašćenog proizvođača, cena po kojoj se ta energija otkupljuje, period važenja obaveze otkupa električne energije. Javni snabdevač (još uvek postoji samo jedan javni snabdevač) dužan je da otkupi električnu energiju od povlašćenog proizvođača na osnovu ugovora o otkupu električne energije u skladu sa ovim

zakonom i propisima donetim na osnovu ovog zakona. Sredstva za podsticaj plaćaju krajnji kupci u vidu posebne naknade za podsticaj, preko računa za pristup prenosnom, odnosno distributivnom sistemu. Ova stavka se posebno iskazuje na računu. Vlada na predlog ministarstva nadležnog za poslove energetike bliže propisuje podsticajne mere za proizvodnju električne energije iz OIE. Trajanje predugovora, sadržina ugovora o otkupu električne energije od povlašćenih proizvođača, način obračuna naknade za podsticaj i raspodela sredstava po tom osnovu, biće regulisani podzakonskim aktima, a sredinom 2012. se još ne primenjuju.

Uredbom o merama podsticaja za proizvodnju električne energije korišćenjem obnovljivih izvora energije i kombinovanom proizvodnjom električne i toplotne energije iz 2009. godine - koja se primenjuje do 31. decembra 2012. godine – propisano je da su elektrane na biogas elektrane koje koriste gas nastao iz ostataka u poljoprivredi (tečni stajnjak i izmet sa stočarskih i živinarskih farmi), iz biomase, iz ostataka biomase nastalih primarnom preradom poljoprivrednih proizvoda, a koje ne sadrže opasne materije, niti ostatke i delove životinja. Uredbom su propisane i otkupne cene

izražene u €cent/kWh (u zavisnosti od snage postrojenja otkupna cena iznosi između 12 i 16 €cent/kWh). Uzimajući u obzir da u oktobru 2012. godine široj stručnoj javnosti nije dostupan predlog niti nacrt nove uredbe postoji opravdan strah da će nakon prestanka važenja uredbe nastati pravna praznina u ovoj oblasti.

Uredba o uslovima za sticanje statusa povlašćenog proizvođača električne energije i kriterijumima za ocenu ispunjenost tih uslova doneta je 2009. godine prema materijalnom osnovu sadržanom u Zakonu o energetici iz 2004. godine. Ova uredba je deo sprovođenja obaveza preuzetih ratifikacijom Ugovora o osnivanju Energetske zajednice Jugoistočne Evrope (ugovorne članice su Evropska zajednica sa jedne strane, a zemlje jugoistočne Evrope sa druge strane). Uredba sadrži i neke ciljeve direktive 2001/77/EC o promovisanju proizvodnje električne energije iz obnoviljvih izvora energije sa ciljevima postavljenim do 2010. godine. U međuvremenu, period važenja direktive 2001/77/EC je istekao i usvojena je nova direktiva 2009/28/EC koja postavlja ciljeve do 2020. godine, i između ostalog zahteva da se u zemljama EU do 2020. godine poveća udeo energije iz obnovljivih izvora u ukupnoj potrošnji energije na 20%. Može se očekivati da će zbog novog Zakona o energetici i menjanja propisa u EU i ova uredba uskoro trebati da se menja.

Narodna skupština Republike Srbije usvojila je 2004. godine Strategiju razvoja energetike Republike Srbije do 2015. godine Ova strategija između ostalih deklariše kao prioritet razvoja energetike korišćenje obnovljivih izvora energije i novih energetskih tehnologija. Strategije navodi uvođenje podsticaja kao bitnu meru za podstrek korišćenju OIE. U svakom slučaju sprovođenje strategije uslovljeno je socijalno ekonomskim prilikama koji donosilac akta u trenutku donošenja nije mogao da predvidi.

Ostali zakoni koji nisu sistemskog karaktera u ovoj oblasti, ali imaju uticaj na ostvarivanje OIE projekata su: Zаkon o plаnirаnju i izgrаdnji, Zаkon o zаštiti životne sredine, Zаkon o proceni uticаjа nа životnu sredinu, Zаkon o integrisаnom sprečаvаnju i kontroli zаgаđivаnjа životne sredine, Zаkon o uprаvljаnju otpаdom, Zаkon o zаštiti vаzduhа, Zаkon o Fondu zа zаštitu životne sredine, Zаkon o rаtifikаciji Kjoto Protokolа (Cvetković, 2011).

0

20

40

60

80

100

120

2000 2005 2010 2015 2020

Proj

ekci

ja s

man

jenj

a tr

oško

va iz

grad

nje

po je

dini

ciin

stal

iran

og k

apac

itet

a (%

)P

roje

ctio

n of

rel

ativ

e in

vens

tmen

t cos

ts p

er in

stal

led

capa

city

(%

)

Fotonaponske elektrane/Photovoltaic power plantsElektrane na vetar/Wind power plantsElektrane na biogas/Biogas power plants

Sl. 1 Zrelost tehnologija za proizvodnju električne energije iz biogasa, vetra i energije sunčevog zračenja (Tešić, 2008, dorađeno)

Fig. 1. Maturity of biogas, wind and photovoltaic power plant technologies (Tešić, 2008, modified)


Cena električne energije za domaćinstva u Srbiji i okolnim zemljama iznosi u €cent/kWh: Srbija oko 5, Hrvatska 11, Slovenija 11,47, Bosna i Hercegovina 7,02, Makedonija 6,9, Mađarska 17,08, Bugarska 8,29, Rumunija 10,95, Slovačka 16,77, Češka 14,80, Grčka 12,65, Italija 20, 31, Nemačka 25,41 (Milić 2012). U Srbiji je ubedljivo najniža. Zbog toga ne čudi da već 30 godina u Srbiji nije izgrađeno ni jedno ozbiljnije postrojenje za proizvodnju električne energije, a broj i snaga postrojenja za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora su zanemarljivi. U većini država sredstva za izgradnju i podsticanje korišćenja obnovljivih izvora energije po pravilu se obezbeđuju posebnim doprinosom i jasno, odvojeno iskazuju na računu za električnu energiju. Razumljivo je da to zbog višedecenijske mizerne ekonomske situacije i niskih prihoda većine domaćinstava u Srbiji nije moguće. Najave državnih organa i institucija u Srbiji o podsticanju korišćenja biogasa za pogon kogenerativnih energetskih postrojenja deluju neuverljivo i neiskreno, jer su propisi sa mnogo „rupa“ i smetnji za potencijalne investitore.

3.1.2 Hrvatska Podsticajni sistem Hrvatske u domenu biogasa je veoma

sličan onome u Srbiji. Zakon o električnoj energiji (NN 68/01, 177/04, 76/07) i Zakon o tržištu električne energije (NN177/04) su dva temeljna zakona za korišćenje OIE. U Zakonu o energiji navedeno je: “Pravilnikom o korištenju obnovljivih izvora energije i kogeneracije, kojega donosi ministar, odredit će se obnovljivi izvori energije koji se koriste za proizvodnju energije, uvjeti i mogućnost njihova korištenja, uključujući planiranje, registar projekata obnovljivih izvora energije i kogeneracije, te druga pitanja od značaja za korištenje obnovljivih izvora energije i kogeneracije. Financijski poticaji za korištenje obnovljivih izvora energije i kogeneraciju određuju se ovim Zakonom, posebnim zakonom kojim će se urediti djelatnost proizvodnje, distribucije i opskrbe toplinskom energijom, Zakonom o Fondu za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost i Zakonom o državnim potporama“. Istim Zakonom predviđeno je da cene energije mogu biti slobodne ili regulisane, ali obe strukture moraju uključiti naknadu za promociju OIE i kogeneracije (Jelavić i sar. 2011).

Zakonom o tržištu električne energije propisano je da je operater prenosnog sistema ili operater distributivnog sistema ima obavezu da preuzme svu proizvedenu električnu energiju od povlašćenih proizvođača. Pet podzakonskih akata detaljno regulišu položaj OIE, a to su: Tarifni sustav za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije (na temelju Zakona o energiji, član 28.) (NN 33/07) – noveliran 2012. godine; Uredba o naknadi za poticanje proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije (na temelju Zakona o energiji, član 28.) (NN 33/07); Uredba o minimalnom udelu električne energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije u opskrbi električnom energijom (na temelju Zakona o energiji, član 26.) (NN 33/07); Pravilnik o sticanju statusa povlašćenog proizvođača (na temelju Zakona o tržištu električne energije, član 8.) (NN 67/07); Pravilnik o korišćenju obnovljivih izvora energije i kogeneracije (na temelju Zakona o energiji, član 14.) (NN 67/07).

Prema Uredbi o naknadi za podsticaj proizvodnje električne energije iz obnovljivih izvora, podsticajnu naknadu plaćaju svi potrošači električne energije u Hrvatskoj (od 7. jula 2007). Hrvatski operater tržišta energije plaća povlašćenim proizvođačima električne energije podsticajnu cenu iz navedenih sredstava u skladu sa odredbama Tarifnog sustava za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije. Visina podsticajnih cena zavisi od snage elektrane i vrste sirovine za dobijanje biogasa (napomena: 1 € = 7,4 kn):

- Elektrane na biogas snage do 300 kW – 1,42 kn/kWh;

- Elektrane na biogas snage veće od 300 kW – 1,20 kn/kWh;

- Elektrane na biogas iz poljoprivrednih zasada, te organskih ostataka i otpada iz poljoprivrede i prehrambeno-prerađivačke industrije (kukuruzna silaža, stajsko đubrivo, klaonički otpad, otpad iz proizvodnje biogoriva, itd.) do uključivo 2 MW – 1,20 kn/kWh;

- Elektrane na biogas iz poljoprivrednih zasada, te organskih ostataka i otpada iz poljoprivrede i prehrambeno-prerađivačke industrije (kukuruzna silaža, stajsko đubrivo, klaonički otpad, otpad iz proizvodnje biogoriva, itd.) od 2 MW do uključivo 5 MW – 1,12 kn/kWh.

U Hrvatskoj se osim tzv. „feed in“ tarife kao podsticaj koristi i sistem minimalnog udela OIE u ukupnom elektroenergetskom sistemu. Ugovori o preuzimanju električne energije mogu se zaključiti najviše na 14 godina.

3.1.3 Mađarska Mađarska je članica EU, pa pre analize nacionalnih propisa,

treba razmotriti relevantnu regulativu EU. Evropski parlament je marta 2008. godine zauzeo stav, da je biogas jedan od osnovnih izvora energije, koji doprinosi održivom razvoju poljoprivrede. Drugi pravni akt koji je bitan sa gledišta EU jeste direktiva 2009/28/EC. Ova direktiva sledi stav Evropskog parlamenta i produbljuje ga pridavanjem značaja oblasti zaštite životne sredine i smanjenju efekta globalnog zagrevanja.

Zakon o električnoj energiji broj LXXXVI iz 2007. godine predviđa obavezno preuzimanje električne energije koja je proizvedena iz obnovljivih izvora energije, pod uslovima propisanim podzakonskim aktima. Uredba broj 109/2007 Ministarstva za privredu i promet propisuje modalitete preuzimanja električne energije u prenosni sistem i njenu distributivnu cenu. Uredba broj 287/2008 Vlade Mađarske o proizvodnji električne energije iz obnoviljvih izvora energije ili organskog otpada i o ceni električne energije iz ovih izvora zamenila je Uredbu broj 389/2007 o obaveznom preuzimanju električne energije proizvedene iz obnoviljvih izvora. U njoj se konkretizuju obaveze distributera i navodi organ (Mađarski energetski ured) kome se predaje zahtev za preuzimanje električne energije uz prateću dokumentaciju o poreklu električne energije. U dodatku Uredbe nalazi se tabela sa podsticajnim cenama (Anonim, 2012a). Podsticajna tarifa varira u zavisnosti od toga u kom delu dana se električna energija preuzima (važno za opterećenje mreže) i iznosi 33,35 HUF/kWh u vreme najveće potrošnje, 29,84 HUF/kWh u vreme srednje potrošnje i 12,18 HUF/kWh u vreme najmanje potrošnje (napomena: 1 € = 283 HUF) (Anonim, 2012b). U Mađarskoj postoji više distributera električne energije, pa proizvođači električne energije iz obnovljivih izvora energije - OIE ne sklapaju ugovore direktno sa njima, nego sa Mađarskim energetskim uredom, koji rešenjem utvrđuje uslove i količinu električne energije koja će biti preuzeta.

U Mađarskoj ne postoji zakonska garancija za dugoročan otkup električne energije iz OIE. Zanimljivo je primetiti da se u Mađarskoj ne traži sticanje statusa povlašćenog proizvođača električne energije, kao preduslov za preuzimanje električne energije po povlašćenoj tarifi.

Zakonom o prirodnom gasu, broj XL iz 2008, propisano je da biogas može biti preuzet u distributivnu mrežu prirodnog gasa, pod uslovom da je istog kvaliteta kao i prirodni gas.

Zakon o energetskom porezu broj LXXXVIII iz 2003. godine predviđa da se ne plaća porez na električnu energiju proizvedenu iz obnovljivih izvora energije - OIE, ako je električna energija za sopstvenu upotrebu ili proizvedena u pogonu do 50 MW.


3.2 Postrojenja na biogas u Srbiji, Hrvatskoj i Mađarskoj Postupci korišćenja biomase u cilju dobijanja biogasa u

Vojvodini su dobro poznati već skoro 40 godina. Početkom osamdesetih godina XX veka, u Vojvodini i centralnoj Srbiji bilo je u izgradnji devet postrojenja na biogas (Tešić i sar. 2006). Neka od postrojenja nikada nisu proradila zbog propusta u rešenjima još prilikom izgradnje, a ostala su prestala da rade zbog lošeg održavanja i nepridržavanja propisa o korišćenju (Martinov, 2011). Sredinom 2012. godine u eksploataciji su svega 3 kogenerativna postrojenja na biogas u Srbiji. U okviru JKP „Vodovod i kanalizacija“ u Subotici pušten je u rad u kogenerativno biogasno postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda u avgustu 2010. godine. Instalirana električna snaga postrojenja je 0,5 MWe (dva puta po 250 kWe), dok je instalirana termička snaga 0,6 MWt (dva puta po 300 kWt). Proizvodnja električne energije u 2011. godini je bila 600.000 kWh, dok je ista u prvih 8 meseci 2012. godine dostigla oko 800.000 kWh. Dobijena električna i toplotna energija se trenutno u celosti iskoristi u pogonima u okviru preduzeća. U toku su pregovori o uslovima predaje dela dobijene električne energije elektrodistributivnoj mreži. U sklopu kompanije „Alltech Serbia AD“ u Senti pušteno je u rad kogenerativno biogasno postrojenje za prečišćavanja otpadnih voda iz fabrike kvasca 2011. godine. Instalirana električna snaga postrojenja je 1,5 MWe (dva puta po 750 kWe). Dobijena električna energija se u celosti prodaje elektrodistributivnoj kompaniji po važećoj podsticajnoj ceni električne energije dobijene upotrebom biogasa. Toplotna energija se uglavnom koristi za zagrevanje anaerobnih fermentora i prečistača biogasa (Martinov, 2011). U mlekari Lazar u Blacu eksploatiše se u Srbiji 2012. jedino poljoprivredno biogasno postrojenje. Instalirana električna snaga postrojenja je 1 MWe, a sirovina za dobijanje biogasa je tečni i čvrsti stajnjak i silaža. Očekuje se da u dogledno vreme po završetku izgradnje i dobijanju dozvola za priključenje na elektrodistributivnu mrežu budu puštena u rad još dva novoizgrađena poljoprivredna biogasna postrojenja u Vojvodini: postrojenje sa instaliranom električnom snagom od 635 kWe na stočarskoj farmi kompanije „Velvet farm“ u Čurugu i postrojenje u okviru Poljoprivrednog preduzeća „Mirotin - Sava Kovačević“ u Vrbasu. Vrednost investicije u postrojenje za i na biogas u Vrbasu iznosi 5,5 miliona evra. Snaga postrojenja je 1 MWe, sa ciljem da se u narednim godinama proizvodnja proširi, te da instalirana snaga bude 4 MWe. Uz navedena tri kogenerativna biogas postrojenja u pivari Carlsberg u Čelarevu se proizvodi biogas od ostatka fermentacije sirovine za pivo te koristi za proizvodnju toplotne energije za potrebe fabrike, ali ne i električne energije.

Eksploatacija poljoprivrednih biogasnih postrojenja, kao i deponijskog gasa i gasa iz tretmana otpadnih voda, u Hrvatskoj je novijeg datuma. Početkom 2012. godine u Hrvatskoj je u funkciji 6 postrojenja na biogas: jedno postrojenje sa deponijskim gasom (2 MWe), jedno postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda (2 puta po 1,5 MWe) i četiri poljoprivredna biogasna postrojenja instalirane snage po 1 MWe (Anonim, 2012c). Pored ovih postrojenja na biogas, još oko 20 postrojenja (ukupne instalirane snage od oko 33 MW) čeka za dobijanje statusa povlašćenog proizvođača energije. Ova postrojenja su prvenstveno namenjena proizvodnji električne energije (Anonim, 2012c).

Postrojenja na biogas kompanije “Osatina Grupa d.o.o.” u Hrvatskoj su izvanredan primer pravilnog i uspešnog korišćenja obnovljivih, a zagađujućih sirovina. Električna energija se prodaje nacionalnoj elektrodistributivnoj kompaniji, rešava se problem gazdovanja potencijalno zagađujućom osokom, proizvodi se humus, toplotna energija se koristi za proizvodnju u

plasteniku, sušenje poljoprivrednih useva i hlađenje skladišta. U sklopu kompanije eksploatišu se dva postrojenja na biogas, prvo na farmi muznih krava pored Ivankova kod Vinkovaca, a drugo na farmi Tomašanci pored Đakova. Radi se o dva identična postrojenja sa po 2 x 1 MW električne snage i 2 x 1,3 MW toplotne snage. Farma u Ivankovu se prostire na površini od 20 ha, a ima govedarsku farmu (1600 mlečnih krava), proizvodnju krmiva, plastenike za proizvodnju povrća, sušaru i proizvodnju humusa. Za proizvodnju biogasa u fermentor se dovode osoka i silaža kukuruza. Biogasno postrojenje ima 3 fermentora zapremine 3.850 m3, kombinovani agregat za proizvodnju električne i toplotne energije, rezervoare za tečnu fazu, 6 mezofilnih fermentora (visina 5 m, prečnik 18 m, temperatura 37 0C), 6 termofilnih fermentora (visina 5 m, prečnik 20 m, 55 0C), 2 kontejnera za gas (visina 5 m, prečnik 16 m, zapremina 1.000 m3), 3 motora snage 500 kW i 1 snage 1.000 kW. Dnevna potrošnja je 220 m3 osoke što čini 60-70% potrebnog biomaterijala, a silaža kukuruza se dodaje u potrebnoj količini. Očekivana godišnja proizvodnja biogasa je 4.000.000 m3, što je ekvivalent za 8,37 GWh električne energije godišnje. Proizvedena toplotna energija iznosi 50 MWh/dan. Planirana proizvodnja humusa je 2.000 t godišnje. Električna energija se isporučuje u mrežu napona 10 kV.

Ovo je primer da je integralna poljoprivredna proizvodnja na velikim gazdinstvima moguća i preporučljiva, jer omogućuje korišćenje više vidova OIE vezanih za poljoprivrednu proizvodnju. Farma kompanije “Osatina Grupa d.o.o.” je udaljena manje od 50 km od državne granice Srbije, a osoblje rado deli svoja iskustva zainteresovanim posetiocima, što su pokazali u više navrata prilikom gostovanja posetilaca iz Vojvodine.

Početkom 2012. godine u Mađarskoj u funkciji je bilo oko 45 postrojenja na biogas sa ukupnom instaliranom električnom snagom 37 MWe (Hajdú, 2012). Od tog broja 31 su poljoprivredna biogasna postrojenja, čija je ukupna snaga 21 MWe. U fazi izgradnje su još 5 poljoprivrednih biogasnih postrojenja. Instalirana snaga većine postrojenja je između 600 i 700 kWe. Biogasno postrojenje u Njirbatoru je najstarije poljoprivredno biogasno postrojenje u Mađarskoj (u funkciji od 2003. godine), a ujedno i najveće u pogledu instalirane električne snage (3,6 MWe). Sirovinu za proizvodnju biogasa čine ostaci iz poljoprivredne proizvodnje i prehrambene industrije. Ovo postrojenje je među energetski efikasnijim biogasnim postrojenjima u Mađarskoj. U eksploataciji su još i dva postrojenja za tretman komunalnih otpadnih voda u Budimpešti (svaka sa instaliranom snagom od po 3 MWe) u kojima se dobijena energija koristi u postrojenjima za prečišćavanje vode. Pored ovih, u eksploataciji je još oko 12 ili 13 manjih biogasnih postrojenja za tretman kanalizacionih otpadnih voda (Hajdú, 2012).

Tabela 1 daje pregled broja kogenerativnih postrojenja na biogas u Srbiji, Hrvatskoj i Mađarskoj sa pripadajućim kapacitetima.

4. ZAKLJUČCI

U Srbiji, Hrvatskoj i Mađarskoj postoje slični klimatstki i zemljišni uslovi za razvijenu ratarsku i stočarku proizvodnju u kojoj nastaje biomasa za proizvodnju biogasa kao sirovine za kogenerativna energetska postrojenja. U Srbiji se 2012. eksploatiše 3, u Hrvatskoj 6 a u Mađarskoj 46 biogas postrojenja, a ukupne snage tih postrojenja su 3, 6 i 37 MWe. Velike razlike u broju i snazi kogenerativnih energetskih postrojenja u tim zemljama posledica su pre svega iskrenosti opredeljenja i politike vlada tih zemalja za kompleksno uređenje oblasti korišćenja biogasa kao energenta, tako da ono bude izazovno za investitore.


Tab. 1. Broj kogenerativnih postrojenja na biogas i ukupna instalirana električna snaga postrojenja na biogas u Srbiji, Hrvatskoj i Mađarskoj 2012. godine

Tab. 1. The number of combined heat and power (CHP) plants on biogas and their total installed electrical capacity in Serbia, Croatia and Hungary in 2012.

Država Country

Broj kogene-rativnih postrojenja

Number of CHP plants

Ukupna instalirana električna snaga u zavisnosti od izvora biogasa (u MWe)

Total installed electrical capacity (in MWe) depending on biogas raw material

Ukupna instalirana električna snaga Total installed

electrical capacity (MWe)

Deponijski gas (čvrsti otpad) Landfill gas

Gas dobijen tretmanom

otpadnih voda Sewage gas

Poljoprivredna biogasna postrojenja Agricultural biogas

plants

Srbija Serbia

3 - 2,0 1,0 3,0

Hrvatska Croatia

6 2,0 3 4,0 9,0

Mađarska Hungary

46 - 16 21,0 37,0

U Srbiji je ta oblast formalno regulisana brojnim propisima koji nažalost u praksi ne daju željene efekte. Usvojene su podsticajne mere po uzoru na zemlje sa razvijenom pratećom industrijom proizvodnje i upotrebe biogasa. Međutim, još uvek postoje nejasnoće i nedorečenosti koje sprečavaju širu primenu u praksi. U Srbiji se, na primer, podsticajne cene za električnu energiju koju isporučuju elektrane na biogas umanjuju za iznos “takse za balansiranje”. Postupak određivanja visine ove takse nije jasno opisan. Takođe, u Uredbi o merama podsticaja za proizvodnju električne energije korišćenjem obnovljivih izvora energije i kombinovanom proizvodnjom električne i toplotne energije iz 2009. godine, ne spominje se toplotna energija, pa se ne kaže ko će i koliko da plaća podsticaj za nju i koliko dugo. Krajem 2012. ne zna se koja će biti otkupna cena za električnu energiju iz obnovljivih izvora energije - OIE u 2013. Za dobijanje svih dozvola za gradnju i eksploataciju biogas kogenerativnog postrojenja potrebno je bar dve godine. Zar to nije odbijanje investitora?

U Hrvatskoj i Mađarskoj na nekoliko farmi funkcionišu biogasna postrojenja koja bi mogla da posluže kao uzor za slična postrojenja u Srbiji i orijentir za daljnje pravce razvoja.

5. LITERATURA

[1] Anonim (2012a). Jogszabályok. Magyar Biogáz Egyesület. Dostupno na internetu: http://www.biogas.hu/1/frameset [08/2012]

[2] Anonim (2012b). Legal sources on renewable energy. The German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety. Dostupno na internetu: http://www.res-legal.de/en.html [09/2012]

[3] Anonim (2012c). Croatia - Status quo biogas plants and biomethane plants. The GreenGasGrids project. Dostupno na internetu: http://www.greengasgrids.eu/?q=node/79 [09/2012]

[4] Cvetković S. (2011). Obnovljivi izvori energije i zelena ekonomija – pozicija Srbije. Ministarstvo životne sredine, rudarstva i prostornog planiranja (Prezentacija). Dostupno na internetu: www.ekoplan.gov.rs [07/2012]

[5] EurObserv`ER (2011). The State of the Renewable Energies in Europe, 11th Edition. Dostupno na internetu: http://www.eurobserv-er.org/pdf/barobilan11.pdf [08/2012]

[6] Hajdú J. (2012). Biogázüzemek Magyarországon. Agrárágazat - mezőgazdasági havilap. augusztus 2012. Dostupno na internetu: http://www.agraragazat.hu [09/2012]

[7] Jelavić B, Knežević S, Kojaković A, Kulišić B. (2011). Administrativna procedura stjecanja statusa povlaštenog proizvoñača za bioplinska postrojenja u Hrvatskoj. IEE Projekt BiogasIN, D.4.1.2, WP 4. Project supported by: Intelligent Energy Europe. Dostupno na internetu: http://www.biogasin.org/files/pdf/WP4/D.4.1.2_EIHP_HR.pdf [08/2012]

[8] Martinov M. (ed) (2011). Studija o proceni ukupnih potencijala i mogućnostima proizvodnje i korišćenja biogasa na teritoriji AP Vojvodine. Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine Autonomne Pokrajine Vojvodine i Fakultet tehničkih nauka u Novom Sadu, Novi Sad.

[9] Rutz D. (2010). Promoting Biogas in Eastern Europe: Final Report of the BiG>East Project. WIP Renewable Energies, Germany. Dostupno na internetu: http://www.big-east.eu [08/2012]

[10] Sioulas K. (2011). 28 Regional biogas positioning papers, IEE Project ‘BiogasIN’, WP2: D.2.5. Project supported by: Intelligent Energy Europe (Contract No. EIE/09/848 SI2.558364). Dostupno na internetu: http://www.biogasin.org/files/pdf/WP2/D.2.5_CRES_EN.pdf [08/2012]

[11] Tešić M. (2008). Biogas - gorivo iz poljoprivrede za električnu i toplotnu energiju, očuvanje životne sredine, gasnu mrežu i gorive ćelije (Prezentacija). Danas conference center, Postnaftne tehnologije - zašto, kako i kada, 1.12.2008. Beograd.

[12] Tešić M, Gronauer A, Bukurov M. (2004). Uslovi i zakonski okviri za proizvodnju biogasa i električne struje biogasom u tri razvijene zemlje Evrope. PTEP 8(2004) 3-4: 72-75.

[13] Tešić M, Igić S, Adamović D. (2006). Proizvodnja energije - novi zadatak i izvor prihoda za poljoprivredu. Savremena poljoprivredna tehnika 32 (1-2): 1-9.

[14] Milić R. (2012). Struja skuplja samo u Hrvatskoj, uporedna analiza cijena električne energije i goriva. Vijesti, Podgorica 22.7.2012.



UDK: 662.8 (497.11); 662.63;620.952 Professional paper

KORIŠĆENJE DRVNE BIOMASE U ENERGETSKE SVRHE – SAGOREVANJE I GASIFIKACIJA

USE OF BIOMASS FOR ENERGY PURPOSES – COMBUSTION AND GASIFICATION

Mr Marina KARIĆ, mr Radovan NIKOLIĆ, Nada ŠKUNDRIĆ, dipl. maš. inž

Visoka tehnička mašinska škola strukovnih studija, Radoja Krstića 19, Trstenik

E-mail: [email protected]

REZIME

Biomasa je obnovljiv izvor energije koji zbog svojih osobina postaje sve prihvatljivije gorivo današnjice. U radu su opisane tehnologije pretvaranja biomase u energiju procesom sagorevanja i gasifikacije i prikazani rezultati teorijskog modela za određivanje sastava produkata istosmerne gasifikacije biomase u zavisnosti od uslova gasifikacije (temperature, vlage i procenta ugljenika koji sagoreva).

Proces gasifikacije drvnog otpada omogućava dobijanje kvalitetnog gasovitog goriva. Problem proizvodnje gasovitog goriva iz čvrstog postaje sve aktuelniji s obzirom na prednosti gasovitog goriva u odnosu na čvrsto ( gasovi se mogu lakše i bolje mešati sa vazduhom za sagorevanje, gas se može cevima odvesti baš tamo gde je potreban plamen, koji se može bolje regulisati), skromne kapacitete postojećih izvora prirodnog gasa i uvoz gasovitog goriva.

Ključne reči: drvna biomasa, sagorevanje, gasifikacija, generatorski gas, toplotna energija

SUMMARY

Biomass is a renewable energy source because of its characteristic is becoming more acceptable fuel today. This paper describes the technology of converting biomass to energy combustion and gasification process and the results theoretical model for determininig the composition of gasification products with DC depending on the conditions of gasification (temperature, himidity and percentage of carbon burning). Gasificatin of wood waste makes geting quality gas full. The process of producting gas from solid fuels becomes more topical given the odvantages of gaseous fuel in relation to a firm, low capacity of existing sources of natural gas and import of gas fuel.

Key word: woody biomass, combustion, gasification, gas generator, heat

1. UVOD

Uobičajeno je da se energetski resursi dele na neobnovljive i obnovljive. Neiscrpni obnovljivi resursi su: sunčevo zračenje, hidroenergija, plima i oseka, talasi, vetar... Ostali obnovljivi resursi (biomasa i neki vidovi geotermalne energije) su samo uslovno neiscrpni tj. samo u slučaju da je brzina trošenja manja od brzine obnavljanja. Neobnovljivi energetski resursi su fosilna goriva: ugalj, nafta, prirodni gas i nuklearna goriva. Za ove resurse je karakteristično da je brzina stvaranja daleko manja od brzine obnavljanja.

Stalni i ubrzan rast cena fosilnih goriva i činjenica da su konvencionalni izvori energije ograničeni i iscrpljivi, kao i razvoj svesti o uštedi energije i zaštiti životne sredine, dovodi pitanje energetske efikasnosti i korišćenje obnovljivih izvora na vrlo važno mesto u razvijenom svetu. U obnovljive izvore energije ubraja se biomasa, solarna energija, energija vetra i geotermalna energija. Biomasa se smatra obnovljivim „CO2 neutralnim“ gorivom jer količina CO2 koju biljke apsorbuju tokom života u procesu fotosinteze i količina koja se oslobodi tokom njihove termičke razgradnje su jednake. Sastav biomase se razlikuje od sastava tradicionalno korišćenih fosilnih goriva (nafta, ugalj). Ima manju toplotnu moć u odnosu na fosilna goriva ali značajno manj sadržaj sumpora i drugih zagađujućih materija i nizak sadržaj pepela (<1%, što je mnogo niže nego kod ugljeva). Postoje razni načini da se iz biomase dobije energija. Biomasa se može pretvoriti u energiju sagorevanjem pri čemu se proizvodi pregrejana vodena para za grejanje u industriji i domaćinstvu i za

dobijanje električne energije u malim termoelektranama. Osim toga biomasu je moguće konvertovati u biogas putem bioloških procesa kao što su anaerobna digestija ili putem gasifikacije koja spada u grupu termohemijskih procesa. Gasifikacija biomase nudi određene prednosti u odnosu na direktno sagorevanje biomase, jer je gas bez pepela i drugih hemijskih jedinjenja u produktima sagorevanja. Gas dobijen gasifikacijom primenljiv je u različite svrhe: pogon mašina kao što su brzohodni klipni motori i turbine i mala postrojenja za kombinovanu proizvodnju toplotne i električne energije a veoma čist gas može se koristiti kao sirovina za hemijske procese.

Cilj rada jeste da doprinese boljoj informisanosti o prednostima i mogućnostima korišćenja drvne biomase u energetske svrhe i podstakne veće korišćenje ovog izvora za dobrobit čovečanstva.

2. MATERIJAL I METOD

2.1. Biomasa kao izvor energije Biomasa je najstariji izvor energije, definiše se kao biljni materijal koji se koristi direktno kao gorivo ili se pretvara u druge oblike pre sagorevanja.

Biomasa akumulira energiju sunca pomoću fotosinteze. Biomasa iz vode, ugljen dioksida i energije sunca gradi glukozu a pri tome se oslobađa kiseonik. Za stvaranje glukoze potrebno je približno 2880 kJ/mol energije, a prilikom sagorevanja glukoze u zatvorenom sistemu oslobađa se približno 2808 kJ/mol energije. Na taj način u biomasi akumuliranu energiju sunca dobijamo sagorevanjem u obliku toplotne energije.


Sl. 1. Zatvoreni ciklus ugljen dioksida u prirodi

Fig. 1. Closed cycle of carbon dioxide in nature

Između različitih vrsta biomase drvna ima najširu primenu. Na slici je prikazan put ugljenika akumuliranog u drvnoj masi, korištenoj kao gorivo u procesu proizvodnje energije. Ako ga posmatramo kao zatvoren ciklus, nema viška CO2 koji bi se gomilao u atmosferi kao posledica sagorevanja drveta, ukoliko su

seča i prirast drvne mase u održivom odnosu. Drugim rečima količina drvne mase koja se troši kao gorivo, mora biti kontinuirano nadomeštena istom količinom rastuće biomase. Samo u tom slučaju će se sav izgaranjem nastao ugljen dioksid utrošiti na rast nove biomase. 35-40% drvne mase stabla (a u nekim slučajevima i do 65%) namenjenog za dalju preradu ostaje kao otpad. Sav taj otpadni materijal veliki je energetski potencijal. U pravo taj biljni otpad koji nastaje kao rezultat drugih procesa obrade (nus proizvod) a ni u kom slučaju seča i uništavanje šumskih površina čini biomasu kao obnovljiv izvor energije. Drvni otpadak u preradi drveta stvara se ravnomerno tokom cele godine. Odstupanja ima samo u toku letnih meseca ( remonti i god odmori) i zimi ako temperatura padne značajno ispod nule.

Toplotna moć biomase odgovara vrednosti toplotne moći srednje kaloričnih ugljeva. Ova činjenica ide u prilog pokušajima da se biomasa posmatra kao energetski izvor, odnosno da se istraživanja usmere u pravcu iznalaženja pravog načina za njegovo termičko tretiranje. Analiza toplotnih moći različitih vrsta drveta (apsolutno suvih, sušenih na 1050C do konstantne težine) pokazuju veliku sličnost. To je realno ako se ima u vidu činjenica da je elementarni sastav različitih vrsta drveta približno konstantan.

Tabela 1. Elementarni hemijski sastav nekih domaćih vrsta drveća ( Brkić, 2007.) Table 1. Elemental chemical composition of some native tree species

Red. br. Vrsta drveta Ugljenik, C Kiseonik, O Vodonik, H

(%) (%) (%)

1. Bukva 48,5 45,2 6,4

2. Hrast 49,4 44,5 6,1

3. Topola 49,7 44,0 6,3

4. Jela 50,0 43,6 6,4

5. Smreča 49,6 44,0 6,4

Koristeći podatke o elementarnom sastavu drveta moguće je uz pomoć poznatih VDI obrasca sračunati gornju toplotnu moć drveta:

kg

kJS105

10

OH1430C339H g

U jednačini brojne vrednosti za C, H, O, S se uzimaju u procentima po masi za radno stanje goriva. U drvetu, koje je organska supstanca složene strukture, ugljenik, vodonik i kiseonik nalaze se u okviru ugljovodoničnih jedinjenja. Osnovne komponente koje čine strukturu drveta su celuloza, hemiceluloza i lignin. Procenat učešća pojedinih komponenata u drvnoj supstanci menja se od vrste do vrste, ali i od delova stabla koje se analizira.

2.2. Tehnologije korišćenja drvnog otpada za proizvodnju energije U drvno-prerađivačkoj industriji nastaju velike količine

različitog drvnog ostatka. Taj ostatak se najčešće koristi samo delimično i to za podmirivanje osnovnih toplotnih potreba pogona. Drvna biomasa, kao biljni materijal, koristi se direktno kao gorivo ili se pretvara u druge oblike pre sagorevanja. Najčešći način korišćenja drvnog otpada za proizvodnju energije je sagorevanje u kotlovima ili ložištima i gasifikacija.

2.2.1. Sagorevanje drvnih otpadaka Sagorevanje je hemijska reakcija oksidacije glavnih sastojaka

iz nekog goriva s kiseonikom iz vazduha pri kojoj se oslobađa energija. Osnovno cilj sagorevanja je da se oslobodi što veća količina toplotne energije. Osnovni preduslov za ovo je da je sagorevanje potpuno. Specifični vid izrade i pripreme drvnih otpadaka za loženje predstavlja briketiranje i peletiranje piljevine i prašine od brušenja. Proizvodnja peleta i briketa je u ekspanziji. Postupak se zasniva na povećanju gustine piljevine (oko 10 do 15 puta) da bi se lakše čuvala i jednostavnije sa njom manipulisalo pri loženju. Pritisak se ostvaruje dejstvom valjka, klipa ili pužne zavojnice. Usled dejstva visokog pritiska i visokih temperatura dolazi do termoplastičnih deformacija lignoceluloznog materijala i njihovog vezivanja bez dodatka vezivnog materijala. Da bi se biomasa mogla pretvoriti u formu briketa neophodno je obezbediti: vlažnost sirovine između 10% i 18% (mereno u odnosu na apsolutno suvo) i granulaciju otpadaka ne veću od 10 %. Briketi su većih dimenzija, prečnika 60 -100 mm i dužine 20 -200mm. Zbog svoje težine i dimenzija briketi su skloni lomljenju i mrvljenju od peleta. Iz tog razloga su peleti interesantniji kao gorivo. Uobičajena praksa je da se peleti proizvode bez dodatka vezivnih sredstava, sitnjenjem drvnih otpadaka do nivoa drvnog brašna, a zatim njihovim sabijanjem u posebnim presama. Cilindričnog su oblika, prečnika od 6-12 mm i dužine od 10-30 mm. Sadržaj vlage se kreće od 8-10%, a energetska vrednost je izuzetno visoka što ih svrstava u najbolja goriva na bazi drveta. Pored visokog sadržaja energije pelete su gorivo koje zahteva najmanje skladišne prostore u odnosu na ostala drvna goriva.


Sl. 2. Drvni briketi

Fig. 2. Wood briqettes

Sl. 3. Drvni peleti

Fig. 3. Wood pellets

�2.2.2. Gasifikacija drvnih otpadaka Gasifikacija biomase predstavlja termički proces razgradnje

čvrstih materijala pri povišenim temperaturama u prisustvu medijuma za gasifikaciju u cilju dobijanja gasovitog goriva (Karamarković, 2006.) Kao medijum za gasifikaciju najčešće se koriste: vazduh, vodena para, kiseonik, ugljendioksid i vodonik. Dobijeni sirovi gas se može nakon odgovarajućeg tretiranja koristiti za proizvodnju energije, kao gorivi gas u industriji, za obavljanje procesa redukcije u metalurgiji ili za proizvodnju sintetičkog gasa.

Gasifikacija je termohemijski proces koji se ostvaruje kada se biomasa zagreva u sredini sa sniženim prisustvom kiseonika (sredina sadrži oko 1/3 od količine vazduha potrebne za potpuno sagorevanje) tada dolazi do proizvodnje gasa niske ili srednje toplotne vrednosti koji uglavnom sadrži CO i H2. U zavisnosti od sadržaja ugljenika i vodonika biomase i karakteristika gasifikatora toplotna vrednost proizvedenog gasa može da varira od 10 do 50% od toplotne vrednosti prirodnog gasa. A preostali sastojci gasa su CO2, N2 i mala količina CH4 i drugih nesagorljivih gasova. Upotreba gasovitog goriva u termičke svrhe ima niz prednosti nad upotrebom čvrstih, pa čak i tečnih goriva, a ona su sledeća: jednostavan transport, veće iskorišćenje toplote, gubitak toplote u sagorelim gasovima je manji, mogućnost boljeg regulisanja plamena i temperature, nema pepela a time ni svih problema koje stvara pepeo, nisu potrebni prostori za bunkerisanje i lagerovanje i dr. Proces gasifikacije izvodi se u generatorima. Dospevši u generator, biomasa se lagano spušta od uvodnog aparata ka pokretnoj rešetki, prolazeći pri tome kroz različite faze transformacije. Pri tome biomasa postepeno prelazi u gas, a ostatak (sastavljen uglavnom od mineralnih materija) kroz ostavu za pepeo napušta generator.

U zavisnosti od međusobnog toka produkata gasifikacije i čvrstog goriva, reaktori za gasifikaciju u nepokretnom sloju svrstavaju se u tri grupe:

- reaktori suprotnosmernog toka,

- reaktori istosmernog toka,

- reaktori poprečnog toka.

Sl. 4. Šematski prikaz postupaka gasifikacije čvrstih goriva

a) suprotosmerni tok b) istosmerni tok c) poprečni tok

1 - čvrsto gorivo, 2 - proizvedeni gas, 3- medijum za gasifikaciju, 4 - čvrsti ostatak, 5 - reaktorski prostor

Fig. 4. Schematic view of processes of gasificatipon of solid fuels

a) oppositely flow b) downdraft flow c) trasverse flow

1-solid fuel, 2-gas produced, 3- gasification medium, 4-solid residue, 5- reactor space

Za analizu fizičko-hemijskih procesa koji karakterišu proces gasifikacije, raaktorski prostor je podeljen na četiri (uslovno usvojene) zone i to:

- Zonu sušenja,

- Zonu devolatilizacije,

- Zonu sagorevanjai

- Zonu redukcije.

Sl. 5. Šema reaktorskog prostora

1 - zona sušenja, 2 - zona devolatilizacije, 3 - zona sagorevanja, 4 - zona redukcije

Fig. 5. Schematic of reactor space

1 - drying zone, 2 - devolatilization zone, 3 - combustion zone, 4 - zone reduction

Zona sagorevanja i zona redukcije čine osnovnu aktivnu zonu gasogeneratorskog procesa. Iznad aktivne zone nalaze se zona

Form


devolatilizacije i zona sušenja, u kojima se gorivo priprema za gasifikaciju.

2.3 Teorijski model za određivanje parametara procesa i sastava produkata istosmerne gasifikacije biomase Gasifikacija biomase može biti okarakterisana kao

celokupnost heterogenih i homogenih reakcija, od kojih su u krajnjem rezultatu poželjne one koje dovode do stvaranja CO, H2 i CH4 – kvalitetnih sastavnih komponenata gasa. U procesu gasifikacije tipične hemijske reakcije (endotermne) koje dovode do stvaranja gasovitih komponenata su:

kJ71880H2COOHC

kJ154160CO2COC

kJ83800CHH2C

22

2

42

Ubačeni vazduh u generator sagoreva deo ugljenika

kJ390600COOC 22 i zagreva preostali ugljenik a zatim vodena para reaguje s gorivom stvarajući gasovito gorivo. Generatorski gas predstavlja smešu šest osnovnih komponenata: ugljen - monoksida, vodonika, metana, kiseonika, ugljen-dioksida i azota. Radni-aktivni deo generatorskog gasa čine: ugljen-monoksid, vodonik, metan i kiseonik a pasivni- ugljen-dioksid i azot. Sastav generatorskog gasa zavisi od hemijskog sastava i vrste goriva za gasifikaciju, konstrukcije gasogeneratora, načina vođenja procesa (temperaturski režim i pritisak).

Sl 6. Šema aktivne zone

Fig. 6. Schematic of the active zone

B– količina goriva koja stupa u reaktorski prostor

C, H, O, N, A, W –maseni udeli komponenata u drvnim otpacima (elementarna analiza), (kg/kg B);

L - količina vazduha koja stupa u reaktorski prostor (kg/kg B)

XCO, XH2, XCH4, XCO, XH2, XCO2, XC – molski udeli produkata gasifikacije u ravnotežnoj smeši (kmol/kmol)

3. REZULTATI I DISKUSIJA

U ravnotežnoj smeši postoji sedam komponenata nepoznatih molskih udela COHNCOCHHCO X,X,X,X,X,X,X

22242 koje ćemo izračunati na osnovu sedam jednačina materijalnog bilansa:

1XXXXXXX CO2H2N2CO4CH2HCO

LO

C

X21X21X

XXXX

2COOHCO

CHCOCOC

22

42

MH

C

XX2X

XXXX

2HCHOH

CHCOCOC

242

42

;

2N

CHCOCOC

N

C

X

XXXX

2

42

N

pX

X1X

p

pK

2H

CCH2

H

CH1

2

4

2

4

;

22 COC

2CO

CO

2CO

2 XX1

pX

p

pK

;

cOH

HCO

OH

HCO3 X1X

pXX

p

ppK

2

2

2

2

;

gde su:

222 N,H,O,C - broj molova ugljenika, kiseonika,

vodonika i azota (po kilogramu drvnih otpadaka) na ulazu u reaktorski prostor, (kmol/kg);

L, M i N - pomoćne veličine;

22224,,,,, NOHCOHCHCO pppppp

- parcijalni pritisci komponenata u gasovitoj fazi ravnotežne smeše (Pa);

p – ukupni apsolutni pritisak u reaktorskom prostoru (Pa)

Konstante hemijske ravnoteže K1, K2 i K3, zavise samo od temperature i dobijene su laboratorijskim merenjima pri postizanju potpune hemijske ravnoteže

Pritisak u generatoru pri kome se vrši gasifikacija drvnih otpadaka je 1bar.

Za predstavnika biomase uzeti su drvni otpaci elementarnog sastava: C=0.49; H=0.06; O=0.42, N=0.01 za koje je dalje rađen proračun procesa istosmerne gasifikacije. Obrađeni su sledeći slučajevi:

- sagorevanje 15% ugljenika pri vlažnostima goriva 0.1 do 0.5 kgW/kgB,



- sagorevanje 30% ugljenika pri vlažnostima goriva 0.1 do 0.5 kgW/kgB.

U jednačine materijalnog bilanasa pri proračunu ravnotežnog sastava generatorskog gasa uključena je i čvrsta faza (neizreagovani ugljenik iz zone hemijskih reakcija). Za razliku od predhodnih modela ovde će se smatrati: da sva količina vodonika iz biomase sagori u zoni sagorevanja i da se kiseonik iz biomase koristi za sagorevanje, čime se znatno umanjuje količina potrebnog vazduha, što je takođe uključeno u jednačine materijalnog bilansa.

Program za rešavanje sistema jednačina urađen je Njutnovim iterativnim metodom i testiran na računaru. Na osnovu dobijenih rezultata napravljene su dijagramske zavisnosti sastava produkata gasifikacije od temperature.


a)

.

b)

c)

Slika 7: Dijagrami zavisnosti sastava produkata gasifikacije od temperature

a) sagorevanje ugljenika 20%, b) sagorevanje ugljenika 25% i c) sagorevanje ugljenika 30%

Fig.7. Diagrams depending composition on the temperature gasification products

a) combustion of carbon 20%, b) combustion of carbon 25% , c) combustion of carbon 30%

Sa dijagrama se može zaključiti da se kvalitetnije gasovito gorivo dobija pri nižim vrednostima ugljenika koji sagoreva i manjim vlažnostima. Teorijska temperatura gasifikacije za sve navedene slučajeve kreće se u intervalu 600 - 700oC. Dakle, podešavanjem uslova gasifikacije (vlage i procenta ugljenika koji sagoreva) možemo dobiti konačni sastav generatorskog gasa koji odgovara potrebama potrošača.

Na osnovu jednačina toplotnog bilansa za pojedine slučajeve došlo se do zaključka da je količina od 15% ugljenika koji sagoreva nedovoljna za odvijanje procesa gasifikacije (reakcije u zoni redukcije su endotermne).

4. ZAKLJUČAK

Biomasa je u Srbiji dostupna u velikim količinama i predstavlja otpad iz:

- poljoprivredne proizvodnje ( slama pšenice, ječma, ovsa, soje ili kukurozovina)

- drvne industrije (drvni otpaci)

Drvna biomasa kao ogrevni materijal je obnovljiva i jeftina, a pored toga je prihvatljiva za okolinu. Računa se da je opterećenje atmosfere s ugljen dioksidom pri korišćenju biomase kao goriva zanemarljivo, jer je količina emitovanog CO2 prilikom sagorevanja jednaka količini apsorbovanog CO2 tokom rasta biljke.

Drvni otpaci se mogu pretvoriti u energiju jednostavnim sagorevanjem pri čemu se proizvodi pregrejana vodena para za grejanje u industriji i domaćinstvu i za proizvodnju električne energije u malim termoelektranama. Osim toga drvni otpaci se procesom istosmerne gasifikacije mogu termički transformisati u gasovito gorivo koje predstavlja mešavinu zapaljivih gasova: H2, CO i manje količine CH4. Osim ova tri gasa nastaju N2 i CO2 koji nisu zapaljivi.

Sastav gasa a samim tim i toplotna moć zavisi od uslova rada generatora (vlažnosti, temperature gasifikacije i udela ugljenika za sagorevanje). Proces gasifikacije biomase postaje sve zanimljivija tema razvojnih istraživanja u energetici i procesnoj tehnici.

5. LITERATURA

[1] Brkić, M.(2007), Briketiranje i peletiranje bimase, Univrzitet u Novom Sadu, Poljoprivredni fakultet.

[2] Karić, M. (1999), Gasifikacija biomase u reaktorima istosmernog toka, magistarski rad, Mašinski fakultet Kraljevo.

[3] Karamarković, V.(2006), Povećanje termičkog stepena korisnosti postrojenja za transformaciju energije primenom reaktora za istosmernu gasifikaciju i gorivih ćelija, Mašinski fakultet Kraljevo, .

[4] Danon, G., Energija u drvnoj industriji, Šumarski fakultet Beograd

[5] Petrović, M., Rasplinjavanje, Rudarsko geološki građevinski fakultet, Univerzitet u Tuzli

[6] Žbogar, A., Nemoda, S., i dr , Ispitivanje procesa gasifikacije biomase u fluidizovanom sloju, Institut za nuklearne nauke „Vinča“ Beograd

[7] Morvaj, Z. (2008), Priručnik za energetske savjetnike, Zagreb



UDK: 662.818.052 Professional paper

PRAKTIČNA PRIMENA BIOMASE U GRAĐEVINARSTVU USE OF BIOMASS IN CONSTRUCTION

Mato ZUBAC, Jovan VLA

Srpska akademija izumitelja i naučnika, Beograd

e-mail: [email protected]

REZIME

Kada se teži ka korišćenju novih tehnologija pri čemu se dobijaju novi proizvodi, tada postoji uvek izazov ili potreba za novinama u bilo kojoj grani privrede. Tako između ostalog postoji određeni zahtevi za jeftinom izgradnjom određenih objekata, lakšom konstrukcijom, boljim statičkim i dinamičkim rešenjima na određenim lokacijama i tome slično. Primenom novih tehnologija, kao i postupaka, moguće je koristiti i poljoprivredne ostatke kao što je slama pšenice, stabljika kukuruza i suncokretovu stabljiku za proizvodnju ploča. Postupak dobijanja ploča od biomase koje bi bile upotrebljive u građevinarstvu. Potrebno je na određeni način pripremiti sirovinu, a nakon toga tu istu sirovinu prvo homogenizovati i oblikovati do konačnog proizvoda. Oprema se sastoji iz sitnilice sl.1, sl.2, mešalice sl.3, kalupa (alati) i prese sl.4. Sirovina se usitni, izvrši se dodavanje primesa na mešalici i unosi se u kalupe. Alati se postavljaju u odgovarajuću presu, gde se vrši potrebna homogenizacija i oblikovanje budućeg proizvoda. Proizvodi koji nastaju gore navedenim tehnološkim postucima, nastaju kao rezultat višegodišnjeg iskustva i potreba za jeftinijim, prirodnijim i lakim materijalima, koji se mogu koristiti u građevinarstvu, i spadaju u grupu obnovljih sirovina. Primena proizvoda: Pregradne ploče od slame, stabljike kukuruza i stabljike suncokreta, se koriste kao ispuna za pregradne zidove, izolacione ploče, kao izolacioni ispun spoljnih zidova. Ovi proizvodi su prevashodno namenjeni za gradnju montažnih kuća, kontejnera i tome slično, zbog brze ugradnje i lakoće materijala.

Ključne reči: Biomasa, poljoprivredni ostaci, oprema, postupak, izolacione ploče, građevinarstvo

1. UVOD

Postoji uvek izazov ili potreba za novinama u bilo kojoj grani privrede. Tako i u građevinarstvu ima zahteva za novim proizvodima ili rešenjima. Određeni zahtevi se postavljaju usled novih tehnoloških rešenja, ekonomskih kao i tehničkih uslova gradnje.

Tako između ostalog postoji određeni zahtevi za jeftinom izgradnjom određenih objekata, lakšom konstrukcijom, boljim statičkim i dinamičkim rešenjima na određenim lokacijama i tome slično.

Na tržištu već postoje određena rešenja za pojedine konstrukcije od drveta, kao jedne od sirovina biomase. Od drveta se prave grede, rogovi, štafle, oplate, pregradne stenke, lamperije, parketi, laminati, razne ploče i građevinska stolarija.

Primenom novih tehnologija, kao i postupaka, moguće je koristiti i poljoprivredne ostatke kao što je slama pšenice, stabljika kukuruza i suncokretovu stabljiku za proizvodnju ploča.

Potrebno je još naglasiti da ti novi proizvodi tek trebaju ući u proceduru ozbiljnog ispitivanja, kako bi iz toga proitekli odgovarajući standardi. Na taj način bi se stekli uslovi da proizvodi koji nastaju od ove biomase, mogu biti primenjivi, prepoznatljivi određenim standardima.

Biomasa je stalno obnovljiv sirovinski resurs i obnavlja se svake godine rastom biljaka kroz proces fotosinteze.

a) Pšenična slama Pšenica je ratarska kultura i pripada kulturi jednogodišnjih

trava. Pšenično stablo (slama) je posle žetve sirovina koja se može prikupljati standardnom poljoprivrednom mehanizacijom u određene bale (četvrtaste pick up bale, Jumbo roll bale).

Pšenična slama kao ostatak iz ratarske proizvodnje (stabljika) se može upotrebljavati na više načina i to: kao prostirka, kao energent, u proizvodnji papirne i kartonske ambalaže, a sa novim tehnološkim postupcima stvoreni su preduslovi da se ova

sirovina upotrebi i za proizvodnju raznih ploča koje se mogu koristiti u građevinarstvu.

b) Stabljika kukuruza Kukuruz je isto jednogodišnja ratarska kultura koja pripada

familiji trava. Posle berbe kukuruza, stabljika se najčešće usitnjava, zapali i zaore na njivama, takođe se može koristiti na više načina i to: za dopunu hrane preživarima, kao energent za loženje, a sa novim tehnološkim postupcima stvoreni su preduslovi da se ova sirovina upotrebi i za proizvodnju raznih ploča koje se mogu koristiti u građevinarstvu.

c) Stabljika suncokreta Suncokret je zeljasta jednogodišnja biljka. Ona je industrijska

biljka čije se seme koristi za dobijanje ulja i za stočnu hranu. Suncokretovo stablo, glava, ljuska, je potencijalno biogorivo. Suncokretovo stablo se na određeni način, i uz primenu novih tehnoloških postupaka, može koristiti za izradu određenih ploča koje se mogu koristiti u građevinarstvu.

d) Drvo Hemijski sastav drveta je: ugljenik (C), kiseonik (O),

vodonik (H), azot(N) i ostali mineralne materije. Procentualni sadržaj ovih elemenata iznosi:

ugljenik 49%, kiseonik 43%, vodonik 6,50%, azot 1,5% (1)

Ovaj hemijski sastav drveta, kao što se vidi je složen, ali je još složeniji u grupama (celuloza, pratioci celuloze, lignin, smole, vosak, pepeo, masti). Ova navedena struktura drveta, prikazana je u nastavku:

celuloza 42%, pratioci 25%, lignin 30%, pepeo 3% (2)

e) Poljoprivredni ostaci Poljoprivredni ostaci su sličnog hemiskog sastava kao drvna

masa, jedino što su procenti međusobno malo različiti i to:

celuloza 48%, pratioci celuloze 28%, lignin 14%, ostalo 10% (3)


Fizičke karakteristike biomase

a) Drvo 1. Zapreminska masa: od 450 – 700 kg/m3

2. Sadržaj vlage: od 10 – 80%

3. Koeficijent elastičnosti: -

4. Koeficijent provodljivosti: α 106 (W/m2k) 0,11–0,24

5. Koeficijent provodljivosti toplote: λ (W/mk) 0,16 do 0,72

6. Mehanička čvrstoća: ϒ (kg/cm2)

7. Koeficijent zapaljivosti: F (od 1 – 6)

b) Poljoprivredni ostaci 1. Zapreminska masa: od kg/m3 100-120

2. Sadržaj vlažnosti: od % 20-40

3. Koeficijent elastičnosti: -

4. Koeficijent provodljivosti: α (W/m2k)

5. Koeficijent provodljivosti toplote: λ (W/mk)

6. Mehanička čvrstoća: ϒ (kg/cm2)

7. Koeficijent zapaljivosti: F (od 1 – 6)

Tabela 1: Uporedne vrednosti zapreminske mase, koeficijenta kondukcije, konvekcije I klase PP raznih materijala

POSTUPAK DOBIJANJA PLOČA OD BIOMASE Kako bi se dobile određene ploče od biomase, koje bi bile

uotrebljivi u građevinarstvu, potrebno je da se na određeni način pripremi sirovina, a nakon toga tu istu sirovinu prvo homogenizovati i oblikovati do konačnog proizvoda.

Da bi sve faze tehnološkog postupka mogle da teku po određenim kriterijumima, potrebno je odabrati odgovarajuću opremu, koja će fazno da obavi potrebne radnje.

Oprema Oprema se sastoji iz sitnilice sl.1, sl.2, mešalice sl.3, kalupa

(alati) i prese sl.4. Sva oprema mora da bude sinhronizovana – usklađena sa tehnološkim uslovima proizvodnje

Sl. 1. Sitnilica sa noževima na dobošima

Red. br. Proizvod

Zapreminska masa

Koeficijent kondukcije

Koeficijent konvekcije

Klasa PP

ρ (kg/m3) λ (W/m k) α (W/m2k) F (1-6)

1. Opeka puna 38cm 1600 0,64 3,25 -

2. Opeka šuplja 38cm 1400 0,61 7,62 -

3. Opeka šuplja 38cm 1200 0,47 4,79 -

4. Opeka puna 25cm 1100 0,84 1,78 -

5. Stramit 9,5cm 400 0,098 9,59 -

6. Ploča od slame 10cm 420 0,18 1,77 3

7. Ploča od stabljike kukuruza 8cm 254 0,14 1,52 3

8. Ploča od suncokretove stabljike 8cm 232 0,12 1,23 3

9. Ploča od slame 2cm 370 0,25 2,85 2

10. Staklena vuna 5cm - 1,00 - -

11. Drvo 600 0,14 – 0,35 - -

12. Piljevina 280 0,06 - -

13. Beton - 1,1 - -


Sl. 1. Sitnilica sa noževima na ploči

Sirovina se usitni na određeni način u sitnilici i pretransportuje u mešalicu. U samoj mešalici se izvrši dodavanje određenih vezivnih, dezinsekcijskih i vatrootpornih supstanci, koji se u mešalici na određeni način izmešaju sa sirovinom, i tako pripremljeni materijal se unosi u kalupe (alate).

Sl. 3. Mešalica sirovine

Sl.4. Kalup (alat) I presa

Alati se postavljaju u odgovarajuću presu, gde se vrši potrebna homogenizacija i oblikovanje budućeg proizvoda. Gotov proizvod se nakon toga formatizuje prema zahtevima i skladišti u odgovorajuću foliju do konačne upotrebe.

Drugi način pripreme sirovine je što se stabljika (kukuruza i suncokreta) površinski čisti, odseče na određenu dužinu i stavlja u kalupe (alat), gde se pretgodno prskanjem tretira stabljika sa sredstvima. Tako pripremljena sirovina se unosi u kalupne prese, gde se pomoću pritiska oblikuje novi proizvod. Nakon toga gotov proizvod se formatizuje prema zahtevia i skladišti u odgovartajućoj foliji do konačne upotrebe.

PROIZVODI

Proizvodi koji nastaju gore navedenim tehnološkim postucima, nastaju kao rezultat višegodišnjeg iskustva i potreba za jeftinijim, prirodnijim i lakim materijalima, koji se mogu koristiti u građevinarstvu, I spadaju u grupu obnovljih sirovina.

Ovi proizvodi dele se u dve osnovne grupe i to:

a) Pregradne ploče (sl. 5) Pregradne ploče mogu biti izrađene od slame, stabljike

kukuruze i stabljike suncokreta. Ova osnovna sirovina, se na određeni način pomeša sa vezivnim sredstvima (organski lepak, poluuretani, staklena voda i HSI - 15). Tako pripremljena sirovina se oblikuje u kalupima (alatima), presuje i upakuje u određenu ambalažu (folija) do njene upotrebe.

Sl. 5 Pregradne ploče

1.

Uzorak 1

Sirovina: slama,

Dimenzije: 60 x 60 x 1,5 cm

2.

Uzorak 2

Sirovina: slama,

Dimenzije: 60 x 60 x 2 cm

3.

Uzorak 3

Sirovina: slama,

Dimenzije: 60 x 60 x 10 cm

b) Izolacione ploče sl. 6 , sl. 7 Izolacione ploče su namenjene kao ispuna pregradnim

zidovima, koji su izloženi velikim gubicima toplote. S obzirom da je sirovina od biomase koja nastaje svake godine, te ima mogućnost obezbeđivanja ovih sirovina svake godine u dovoljnim količinama. Stabljike se tehnički i tehnološki pripreme tako što se njihova površina na određeni način očisti od površinske nečistoće (prašina, suvi listovi, zemlja i sl.), klasifikuje, posle toga se vrši nanošenje lepila i drugih pomoćnih sredstava, slaže se u kalupni alat, presuje i kao gotov proizvod oblaže folijom do konačne upotrebe.


Izolacione ploče od stabljike kukuruza Izgled izolacionih ploča od stabljike kukuruza prikazan je na

sl. 6 i od stabljike suncokreta na sl. 7.

Izolacione ploče od stabljike kukuruza imaju dimenzije:

- Uzorak 1: 60 x 60 x 8 cm

- Uzorak 2: 60 x 100 x 8 cm

Sl. 6. Izolaciona ploča od stabljike kkukuruza

Izolacione ploče od stabljike suncokreta

Izolacione ploče od stabljike suncokreta imaju dimenzije:

- Uzorak 1: 60 x 60 x 8 cm

- Uzorak 2: 60 x 100 x 8 cm

Sl. 7. Izolaciona ploča od stabljike suncokreta

PRIMENA PROIZVODA

Pregradne ploče od slame, stabljike kukuruza i stabljike suncokreta, se koriste kao ispuna za pregradne zidove i to na sledeći način:

U drveni roštilj dimenzija 60 x 60cm se montiraju navedene ploče dimenzija 60 x 60 x 2cm koji se obostrano zatvara sa gipsanim pločama.

Izolacione ploče od stabljike kukuruza i stabljike suncokreta, se koriste kao izolacioni ispun spoljnih zidova i to na sledeći način:

U drveni roštilj dimenzija 60 x 60 ili 60 x 100cm, montiraju se izolacione ploče dimenzija 60 x 60 x 8cm ili 60 x 100 x 8cm koje se obostrano zatvaraju gipsanim, drvenim ili drugim odgovarajućim pokrivnim pločama

Napomena: Ovi proizvodi osim navedenih određenih fizičkih osobina su protivpožarno, dezinsekciono i bakteriološki zaštićeni i imaju dobru izolacionu sposobnost.

Sl. 8. Zidovi kuća od izolacionih i pregradnih ploča (Atelje Krstonošić)

Prema tehničkim uslovima i standardima gradnje, ovi proizvodi se mogu ugrađivati u građevinske objekte kako je naznačeno na sl. 8. Navedeni proizvodi zamenjuju opeku debljine od 25 cm, zadovoljavaju sve standarde gradnje, stim da se smanjuje težina objekta do 4 puta, što je veoma značajno za objekte koji se transportuju prevoznim sredstvima. Ovi proizvodi su prevashodno namenjeni za gradnju montažnih kuća, kontejnera i tome slično, zbog brze ugradnje i lakoće materijala. Seizmičko ukrućenje horizontalnih sila je izvršeno preko lamintanog drveta posebnim lepkom koje ubuhvata vertikalno i dijagonalno ukrućenje.

Sve to treba ispitati na prototipu objekta, kao i proveriti postojanost na seizmičke sile. Ovo ispitivanje može izvršiti naš Institut “Sistem DC 90” u Beogradu.

ZAKLJUČAK

Sirovinski resursi od kojih bi se izrađivali novi proizvodi su količinski dovoljni za industrijsku proizvodnju jer svake godine nastaju. Tehnološko – tehnički uslovi proizvodnje ovih proizvoda daju realnu osnovu za pokretanje industrijske proizvodnje. Proračuni, određena ispitivanja proizvoda, nagoveštavaju da ovi proizvodi mogu biti primenjivi u građevinarstvu (za izgradnju kuća).

U nekim razvijenim zemljma je počela proizvodnja pojedinih proizvoda u građevinarstvu od biomase i započet proces standardizacije proizvoda.

Nameće se potreba da se uradi prototip objekta sa navedenim proizvodima, da se izvrše ispitivanja u određenim institutima, kao i da se definišu standardi za proizvode koji se mogu koristiti u građevinarstvu

Potrebno je i prototipove objekata takve vrste testirati prema standardnim kriterijumima na seizmičke sile.

LITERATURA

[1] Gradimir Danon, 1998., Zbornik radova Briketiranje I peletiranje biomase, Šumarski fakultet, Beograd str. 21-22

[2] Brkić M, 2004., Termotehnika u poljoprivredi, Poljoprivredni fakultet, Novi Sad, str. 90-111

[3] Brkić M., Janić T., 2009., Monografija, Briketiranje I peletiranje biomase, Poljoprivredni fakultet, Novi Sad , st. 45.



UDK: 621.57:636 Professional paper

PRIMENA TOPLOTNIH PUMPI U POLJOPRIVREDI I DOMAĆINSTVU

Dr Miladin BRKIĆ, dr Todor JANIĆ

Poljoprivredni fakultet, Novi Sad

e-mail: [email protected]

REZIME

Toplotna “pumpa”, “termopumpa” ili “dizalica toplote”, kao uređaj, obezbeđuje prenos toplote sa tela niže na telo više temperature, pri malom utrošku rada. Kao izvor toplotne energije toplotne pumpe mogu da koriste: spoljni okolni vazduh, geotermalne vode, otpadne vode, reke, jezera, mora, zemljište, sunčevu energiju i druge izvore toplote.

Toplotne pumpe predstavljaju radne mašine kod kojih se dovođenjem rada nekoj materiji u termodinamičkom ciklusu obezbeđuje prenos toplote sa tela niže na telo više temperature. Za razliku od klasičnih rashladnih uređaja (hladnjaka, zamrzivača), toplotne pumpe služe osim za hlađenje i za grejanje vazduha ili vode na račun odvođenja toplote iz okoline.

Ključne reči: Toplotna pumpa, primana, poljoprivreda, domaćinstvo

Toplotna “pumpa”, “termopumpa” ili “dizalica toplote”, kao uređaj, obezbeđuje prenos toplote sa tela niže na telo više temperature, pri malom utrošku rada. Kao izvor toplotne energije toplotne pumpe mogu da koriste: spoljni okolni vazduh, geotermalne vode, otpadne vode, reke, jezera, mora, zemljište, sunčevu energiju i druge izvore toplote.

Toplotne pumpe predstavljaju radne rashladne mašine kod kojih se dovođenjem rada nekoj materiji u termodinamičkom ciklusu obezbeđuje prenos toplote sa tela niže na telo više temperature. Za razliku od klasičnih rashladnih uređaja (hladnjaka, zamrzivača), toplotne pumpe služe, osim za hlađenje, i za grejanje nekog prostora – materije (vazduha ili vode) na račun odvođenja toplote iz okoline. Ta okolina predstavlja toplotni izvor koji se nalazi na nižoj temperaturi od temperature grejanog prostora. Taj prostor može da bude: plastenik, staklenik, štala, radionica, hala, kuća ili zgrada. Ovaj prenos toplote ostvaruje se uz određen utrošak rada, koji je niži od utroška rada na klasičan način. Praktično, rad toplotnih pumpi u tehnici bazira se na mogućnosti korišćenja dela toplote toplotnog izvora, koji ima nižu temperaturu od one koja je potrebna korisniku toplote. Ovaj uređaj za sredstvo grejanja ne koristi električne grejače, nego paru rashladnog sredstva koja se nalazi unutar same instalacije i obavlja kružni proces.

U toplotnoj pumpi nalazi se rashladna instalacija koja najčešće koristi pare rashladnih sredstava R 407C, R 410 A ili R 134 A, sa rashladnim kapacitetom od 5 183 kW i sa grejnim kapacitetom od 5,5 204 kW. Rashladno sredstvo u tečnom stanju na pritisku okoline prolazi kroz isparivač (zmijastu cev), prima toplotu od toplotnog izvora (materija niže temperature od grejanog prostora), isparava, kompresor tu paru sabija, troši izvesnu količinu rada i podiže temperaturu pare na temperaturu okoline, istovremeno podiže se i pritisak pare, para prolazi kroz kondenzator (zmijasta cev-rešetka iza frižidera), toplota prelazi sa pare na okolni vazduh (ili vodu), para se kondenzuje (utečnjava), a pritisak rashladnog sredstva ostaje povišen. Da bi grejni ciklus mogao da se zatvori, tečno rashladno sredstvo se prigušuje u prigušnom ventilu ili u kapilarnoj cevi, do postizanja pritiska okoline. Ovo prigušivanje zove se „adijabatsko prigušivanje“, tj. bez dovođenja i odvođenja toplote. Prigušena tečnost ekspandira, širi se izentalpski i smanjuje joj se pritisak na pritisak okoline. Kondenzovana i prigušena rashladna tečnost odvodi se u isparivač i na taj način zatvara se grejni ciklus. Na ovaj način „pumpa“ (prebacuje) toplotnu energiju sa tela niže temperature (voda, zemljište, vazduh) u prostor koji se zagreva (vazduh, voda, zemljište, sušara i dr.).

Za spoljnju temperaturu vazduha veću od + 5oC utrošak električne energije je tri puta manji za grejanje sa toplotnom pumpom.

Na sl. 1 šematski je prikazan proces grejanja prostora. Ovakav kružni proces (ciklus) koristi toplotna pumpa koja ima prevashodni zadatak da obezbedi grejanje u zimskom periodu, a hlađenje u letnjem i da održava određenu temperaturu u prostoru. Dakle, toplotna pumpa može da se iskoristi i za hlađenje nekog prostora (klima komora), ako se isparivač postavi u taj prostor. U tom slučaju „pumpanje“ toplote obavlja se u suprotnom smeru, tj. iz prostora za hlađenje u prostor za grejanje. U letnjem periodu toplotna pumpa može da služi za rashlađivanje prostora (štale, staklenika, plastenika, itd).

Toplotne pumpe proizvođača „Alfa klima”, Knjaževac, su tipa AK TP „voda-voda“ ili „vazduh-voda“ (oznaka VW). Rashladno sredstvo (fluid) je: R 407C i R 410 A. Kompresor je hermetički zatvoren. Isparivač i kondenzator su koaksijalni. Regulacija rada uređaja je automatska.

Slika 1. Toplotna pumpa u procesu grejanja

Voda sa temperaturom višom od 8°C je veoma pogodan izvor toplotne energije za stabilan rad agregata preko cele godine, bez obzira na spoljašnje temperature vazduha. Kao odličan izvor toplotne energije pokazala se geotermalna ili podzemna voda, koja ima višu temperaturu od 8oC. Za geotermalnu ili podzemnu vodu potrebno je iskopati 2 ili 4


bunara, jedan ili dva za izvor vode, a jedan ili dva za vraćanje iskorišćene vode u zemlju. Dubina bunara za podzemnu vodu treba da je preko 15 m, zavisno od mesta i fizičkih karakteristika zemljišta. U zavisnosti od temperature i izdašnosti toplotnog izvora (vode) ovim uređajima može da se ostvari visok stepen grejanja i hlađenja (leti). Transformacijom energije iz toplotnog izvora u sekundarnom kolu instalacije za klimatizaciju obezbeđuje se realni stepen grejanja (od 3,2 do 4 puta jeftiniji od kWh električne energije). Instalacije s ovim tipom toplotnih pumpi obezbeđuju ekonomičnije zagrevanje objekata i veću ispravnost investicije.

Toplotnom pumpom zagreva se voda: za podno i vazdušno centralno grejanje prostora, pripremu sanitarne tople vode i za tehnološke procese grejanja i hlađenja proizvoda. Potiskivanje okolnog vazduha preko isparivača u primarnom kolu obavlja se ventilatorom ili ventilatorima, zavisno od kapaciteta toplotne pumpe. Zagrejana voda u sekundarnom krugu potiskuje se cirkulacionom pumpom.

Uređaj toplotne pumpe ima oblik sanduka. Dimenzije toplotnih pumpi, kao kompaktnih uređaja, iznose: širina 0,6 do 2,3 m, debljina (dužina) 0,6 do 1,0 m i visina 1,1 do 1,2 m.

U prodaji se nalaze rešenja toplotnih pumpi s oznakama VW: 40,50,64,80,100,125, 160,200,320,480 i 640. Rashladni kapacitet toplotnih pumpi iznosi od 11,7 do 182,4 kW, grejni kapacitet od 13,4 do 203,2 kW, apsorbovana snaga 6,6 do 50 kW protok fluida kroz sekundarno kolo 2,5 do 64,8 m3/h, a kroz primar 1,7 do 13,28 m3/h. U uređaj može biti instalisano više kompresora što zavisi od rashladnog kapaciteta. Električne karakteristike toplotne pumpe su: jačina električne energije 7 do 90 A, napon 380 V i frekvencija 50 Hz. Na slici 2 prikazan je spoljašnji izgled toplotne pumpe tipa AK TP – „voda – voda“, „Alfa klima“ u Knjaževu

Slika 2. Spoljašnji izgled toplotne pumpe tipa AK TP – „voda – voda“, „Alfa klima“

Na slici 3 i 4 šematski je prikazana instalacija toplotne pumpe sa dva ili četiri bunara.

Toplotne pumpe „Atlas termal“ firme „Lumen“ iz Slovenije su tipa „voda-voda“ ili „vazduh-voda“. Toplotne pumpe ovog proizvođača su najefikasnije ukoliko se koriste na objektima sa podnim grejanjem, a mogu da se koriste i na sistemima grejanja sa radijatorima ili grejnim registrima iznad poda, dok neki modeli toplotnih pumpi imaju mogućnost da greju sanitarnu vodu za domaćinstvo. Prednost ovih toplotnih pumpi jeste ta što ima odnos uložene i dobijene energije, koji se naziva koeficijent iskorišćenja ili na engleskom skraćeno C.O.P. i kreće se od 1 : 3 pa čak i do 1 : 5, tako da, na primer, za uloženih 1kWh električne energije može da se dobije 3-5 kWh toplotne energije, u

zavisnosti od vrste toplotne pumpe, vrste sistema grejanja i izvora toplote iz prirode. Na sl. 5 šematski je prikazana primena toplotne pumpe „Atlas termal“, firme „Lumen“ u Sloveniji.

Slika 3. Šematski prikaz toplotne pumpe tipa „voda – voda“sa četiri bunara podzemne vode

Slika 4. Šematski prikaz toplotne pumpe sa dva ili četiri bunara

Slici 5. Šematski prikaz primene toplotne pumpe „Atlas termal“

(1 - jedan bunar, 2 – dva bunara, 3 – vazduh-voda, 4 – ukopana „zmijasta cev“ u zemljište)


Toplotna pumpa firme “Tera term” u Subotici funkcioniše kao rashladni uredjaj koji je u stanju da eksploatiše toplotnu energiju zemlje. 65-75 % od stvorene toplotne energije za grejanje, toplotna pumpa crpi iz zemlje, a ostatak toplote 35-25 % se stvara korišćenjem električne energije za pokretanje elektromotora kompresora, bunarske i cirkulacione pumpe. Iz bunara u toplotnu pumpu bunarska pumpa transportuje toplotnu energiju posredstvom podzemne vode. Podzemna voda stalno ima temperaturu od 13-14°C, toplotna pumpa je u stanju da od ove relativno hladne vode oduzima toplotnu energiju, ohladivši je na 6-10°C. S ovog relativno hladnog nivoa, korišćenjem električne energije kompresor podiže nivo toplotne energije na

željeni stepen, od 25-50°C. Tako stvorenu toplotnu energiju kružno strujeća voda transportuje u grejna tela. Cirkulaciona pumpa vrti grejnu vodu. Veća je ušteda ako grejna tela imaju veću površinu, tada i sa hladnijom grejnom vodom se postiže željena temperatura u prostoru koji se greje, a toplotna pumpa ekonomičnije radi. Primena radijatora je moguća, ali zahteva ugradnju više rebara. Postoje celishodna rešenje za primenu podnog, visinskog, plafonskog ili zidnog grejanja. Kod dobro izvedenog podnog grejanja temperatura polazne grejne vode nikada ne prelazi 35°C. Na slici 6 prikazana je blok šema geotermalne toplotne pumpe firme „Tera term“ u Subotici.

Sl. 6 Blok šema geotermalne toplotne pumpe „Tera term“

Toplotne pumpe tipa PHRV, PMHRV, PMERV/PMHRV – „voda – voda“, proizvođača „Technibel”, Francuska su sličnih tehničkih karakteristika kao pumpe „Alfa klima“ u Knjaževcu. Toplotna pumpa je izgrađena u obliku sanduka. Dimenzije toplotne pumpe su: širina 0,975 do 2 m, debljina (dužina) 1,05 do 2,2 m i visina 1,175 do 2 m.

Oznake pumpe tipa PHRV su: VW22, 25, 32 i 36, tipa PMHRV su: VW2044, 2050, 2064 i 2072 i PMERV/PMHRV su: VW2088, 2100, 2128 i 2144. Rashladni kapacitet toplotnih pumpi iznosi od 20,8 do 139,3 kW, grejni kapacitet od 24 do 163 kW, protok fluida kroz sekundarno kolo 4,21 do 27,0 m3/h, maksimalni pritisak grejanja 25 do 185 kPa. U uređaj može biti instalisano više kompresora, što zavisi od rashladnog kapaciteta. Električne karakteristike toplotne pumpe su: maksimalna snaga 11,8 do 66 kW, jačina električne energije 22,7 do 108 A, napon 440 V i frekvencija 50 Hz. Delovi pumpe su slični s ostalim pumpama. Regulacija rada pumpe je automatska. Na slici 7 prikazan je izgled toplotne pumpe proizvođača „Technibel” u Francuskoj.

Slika 7. Spoljašnji izgled toplotne pumpe tipa

PMERV/PMHRV – „voda – voda“(tipa 2088; 2100; 2128; 2144)

Toplotne pumpe „Standard“ i „Standard plus“, tip EARW „voda-voda“ i „vazduh-voda“, proizvođača „Aros Umwelttechnik“ iz Berlina, Nemačka, imaju slične tehničke karakteristike, kao i ostale toplotne pumpe.

Faktor grejanja toplotne pumpe: Faktor grejanja pokazuje koliko puta više energije se dobija

iz uređaja od električne

energije, koju uređaj troši za svoj pogon. Faktor grejanja zavisi od vrednosti temperature

prostorije T, koja se greje i razlike temperature prostorije T od temperature okoline To.

ηg = Qod/Lk = (Qd + Lk)/Lk = T/(T – To) > 1

gde su:

- Qod – odvedena količina toplote od pare rashladnog fluida [kJ/s], [kW],

- Lk – rad kompresora [kJ/s], [kW],

- Qd – dovedena količina toplote rashladnom fluidu od toplotnog izvora [kJ/s], [kW],

- T – temperatura prostorije koja se greje [ºC],

- To – temperatura okolnog vazduha [ºC],

Faktor hlađenja toplotne pumpe Faktor hlađenja pokazuje koliko puta više energije se dobija

iz uređaja od električne

energije, koju uređaj troši za svoj pogon. Faktor hlađenja zavisi od vrednosti temperature

okoline To i razlike temperature T postorije koja se hladi od temperature okoline To.

ηh= Qd/Lk = Qd/(Qod + Qd) = To/(T – To) <=> 1


Postupak određivanja veličine površine za grejanje Ako se pretpostavi da je za grejanje 1 m2 površine plastenika

potrebno obezbediti 250 W/m2, onda

može da se izračuna potrebna snaga toplotne pumpe, ukoliko je poznata ukupna vrednost zagrevne površine. Na primer, ako je površina koju obuhvataju plastenici 800 m2, onda je potrebno nabaviti toplotnu pumpu za grejanje plastenika termičke snage od 200 kW, ili za površinu od 400 m2, potrebna je dvostruko manja snaga, toplotna pumpa od 100 kW.

LITERATURA

[1] „Airwell“ toplotne pumpe tipa AQH, doo „Etaž“, Beograd: www.etazgrejanje.com,

[2] „Alfa klima” toplotne pumpe, Knjaževac: http://www.alfaclima.co.rs.

[3] „Atlas termal“ toplotne pumpe, doo „Lumen“, Slovenija: www.lumen.rs,

[4] „Bosch Termotehnika“ toplotne pumpe, doo „Geotempus“, Novi Sad: www.geotempus.rs,

[5] Brkić, M: Termotehnika u poljoprivredi, Poljoprivredni fakultet, Novi Sad, 2004.s. 156.

[6] „ESCO“ Energy saving company toplotne pumpe, Beograd: www.esco.rs,

[7] „Gorenje“ toplotne pumpe, doo „Gorenje“, Beograd: www.gorenje.rs.

[8] Geotermalne toplotne pumpe FWSC firme „Fanko“ iz Beograda,

[9] Gorenje d.o.o., Toplotne pumpe “Gorenje”, katalog 2012, www.gorenje.rs

[10] Micić, V: Analiza energetskog bilansa toplotnih pumpi sa aspekta povećanja energetske efikasnosti, magistarski rad, Tehnički fakultet „Mihajlo Pupin“, Zrenjanin, 2010, s. 281.

[11] „Rehau“ toplotne pumpe: www.rehau.rs,

[12] „Robur“ gasne apsorpcione toplotne pumpe, doo „Termoinženjering“, Novi Sad: www.te-ing.co.rs,

[13] Škobalj, D, Slavić, V: Energetska efikasnost rashladnih uređaja u sistemu prerade plastičnih masa, separat sa predavanja, Fakultet za ekološki menadžment „Futura“, Beograd, 2011, s. 25.

[14] „Technibel” toplotne pumpe, Francuska,

[15] “Tera term“ toplotne pumpe, Subotica: www.teraterm-su.com,

[16] „Thermia“ toplotne pumpe iz Švedske, distributer doo „Lumen“, Slovenija: www.lumen.rs,

[17] Toplotne pumpe „Centrošped“, Beograd: www.centrospedbole.co.rs,

[18] Toplotne pumpe „Standard“ tip EARW proizvođača „Aros Umwelttechnik“ iz Berlina,

[19] Toplotne pumpe tipa WI firme „Dimplex” iz Nemačke,

[20] UCHA toplotne pumpe firme „Unique top“ iz Kine,

[21] „Vaillant“ zeolitne toplotne pumpe iz Nemačke, Beograd: www.vaillant.rs

[22] „Warmatronic“ WW toplotne pumpe, Doo „Microma“, Srbobran: www.microma.co.rs,


III ZZZ VVV EEE ŠŠŠ TTT AAA JJJ

EEE NNN EEE RRR GGG III JJJ AAA iii AAA ggg rrr ooo PPP RRR OOO CCC EEE SSS iii nnn ggg 222 000 111 111

NNNaaauuučččnnnooo ––– ssstttrrruuučččnnniii ssskkkuuupppooovvviii:::

X NAUČNO-STRUČNI SKUP - KGHvp 2011

VI NAUČNO-STRUČNI SKUP - AgPRO 2011

Deseti naučno-stručni skup sa međunarodnim učešćem “Energija i Agroprocesing” održan je 25. oktobra 2011. godine u velikoj sali Master centra Novosadskog sajma u Novom Sadu. Skup je održan u organizaciji: Pokrajinskog sekretarijata za energetiku i mineralne sirovine, Vlade AP Vojvodine, Vojvođanskog društva za poljoprivrednu tehniku, Departmana za poljoprivrednu tehniku, Poljoprivrednog fakulteta iz Novog Sada i USAID - Agrobusines Projet-a u Srbiji. Pokrovitelji ovog skupa bili su: Pokrajinski sekretarijat za nauku i tehnologiju i Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne sirovine, Vlade AP Vojvodine i Uprava za privredu grada Novog Sada.

Na skupu je bilo prisutno 317 učesnika, pretežno iz biotehničkih, ekonomskih i pravnih struka da bi se upoznali sa tematikom skupa koja se odnosila na: “POVEĆANJE PROFITABILNOSTI PROIZVODNJE U POLJOPRIVRE-DI I PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI KORIŠĆENJEM BIOMASE KAO ENERGENTA”. Skupu su prisustvovali učesnici iz: firmi koje su zainteresovane da investiraju u nove pogone, firmi za proizvodnju energetske i procesne opreme, poljoprivrednih preduzeća i zadruga, trgovačkih firmi, farmeri, opštinskih lokalnih samouprava, državnih institucija, tj. pokrajinskih sekretarijata za energetiku i mineralne sirovime, Ministarstva za dijasporu, privrednih komora, agencija za energetiku, agencija za razvoj malih i srednjih preduzeća, regionalnih razvojnih agencija, članovi Saveta za korišćenje biomase i otpada u energetske svrhe na teritoriji AP Vojvodine, javnih komunalnih preduzeća, agrozavoda, poljoprivrednih stanica, obrazovnih institucija, tj. sa fakulteta i instituta, srednjih poljoprivrednih i tehničkih škola, novinari i iz drugih organizacija.

Cilj desetog naučno-stručnog skupa sa međunarodnim učešćem “Energija i Agroprocesing” bio je da se poveća profitabilnost proizvodnje u poljoprivredi i prehrambenoj industriji korišćenjem biomase kao održivog, obnovljivog i čistog energenta. Na ovu temu glasio je i uvodni referat skupa.

Na skupu je izloženo 12 referata koji su se odnosili na: mogućnosti izgradnje postrojenja za dobijanje toplotne i

električne energije prema potrebama investitora iz dijaspore, povećanje profitabilnosti na farmama korišćenjem biomase za proizvodnju biogasa, biogas tehnologije u sektoru klanica i mlekara (iskustva iz SAD), energija iz obnovljivih sirovina GMBH (iskustva iz Nemačke), povećanje profitabilnost proizvodnje povrća u staklenicima i plastenicima korišćenjem biomase i geotermalne vode za grejanje (iskustva iz Holandije), rad apsorpcionih mašina za hlađenje koja koriste biomasu za klumatizaciju prostora, smanjenje troškova kod zagrevanja objekata na nivou lokalnih samouprava korišćenjem biomase, korišćenje komunalnog otpada za dobijanje toplotne i električne energije, kotlovi za sagorevanje poljoprivredne biomase i proizvodnju toplotne energije i tržišna vrednost biomase koja se koristi u energetske svrhe. Referati: zakonski okviri za korišćenje biomasa u energetske svrhe i finansijska podrška države projektima za korišćenje biomase u energetske svrhe, nisu saopšteni zbog zauzetosti predstavnika Republičkog ministarstva za infrastrukturu i energetriku.

Sve vreme odžavanja skupa trajao je direktni internet prenos na šest kontinenata u realnom vremenu. Tako su skup pratile radne grupe formirane u lokalnim samoupravama u Srbiji i u velikom broju Evropskih zemalja, SAD, Južnoj Americi, Africi i Rusiji.

Svim učesnicima skupa besplatno su podeljena dva časopisa: naučni časopis iz oblasti poljoprivredne tehnike nacionalnog značaja “Savremena poljoprivredna tehnika”, Vol. 37, br. 2 od 2011. godine i stručni časopis “Revija agronomska saznanja”, Vol. 21, br. 1-2. U časopisu“Savremena poljoprivredna tehnika” štampani su radovi iz termotehnike, procesne tehnike i energetike, a u časopisu “Revija agronomska saznanja” štampan je rad o povećanju profitabilnosti proizvodnje povrća u staklenicima i plastenicima sa proizvodnog i energetskog stanovišta (osnove za izbor staklenika ili plastenika). Ovaj rad je vodič za izgradnju pogona za proizvodnju povrća i drugih kultura u zastićenom prostoru korišćenjem energije iz biomase i geotermalnih voda.

Na osnovu iznetih referata i diskusije doneti su sledeći:


ZAKLJUČCI:

Neophodno je da se donese Zakon za proizvodnju i korišćenje biomase u energetske svrhe. Uputiti dopis Ministarstvu za infrastrukturu i energetiku u cilju ubrzavanja donešenja zakona, zakonskih propisa i pravilnika o intenzivnijoj upotrebi biomase u toplotne svrhe, isticanju nadležnosti lokalne samouprave, pokrajine i republike, kako bi se podstakli pojedini činioci, skratila procedura donošenja energetskih i drugih dozvola za izgradnju energetskih postrojenja na biomasu. Doneti podsticajne mere za efikasnije korišćenje biomase u toplotne i druge energetske svrhe.

Naša država nema pravnih, niti tehničkih propisa, za optimalno korišćenje biomase u energetske svrhe. Imamo polovinom ove godine donet samo jedinstven Zakon o energetici, koji nema propratnih akata. Naše propise treba unaprediti i prilagoditi propisima Evropske Unije, u kojoj je korišćenje biomase u energetske svrhe zastupljenije i ima dužu tradiciju. U nedostatku naših propisa treba koristiti propise Evropske Unije.

Potrebno je sankcionisati paljenje biomase na njivama. Biomasa treba da se većim delom zaorava, a ostatak da se sakuplja, koristi kao prostirka za stoku, skladišti za proizvodnju toplotne i električne energije ili da se koristi u industrijskoj preradi za proizvodnju stočne hrane, građevinskog materijala, nameštaja i dr.

Potrebno je uložiti više napora za osnivanje Fonda za korišćenje obnovljivih izvora energije (OIE) na nivou Republike, Pokrajine i lokalne samouprave. Korišćenjem investicionih sredstava iz ovog fonda podstaklo bi se korišćenje biomase u energetske svrhe.

Treba uvoditi u praksu učestvovanje u evropskim „CDM“-projektima, jer je još pre tri godine formirano DNA telo za te namene, Takođe, treba postepeno uvoditi u praksu „karbon kredite“ i nagrađivati preduzeća i pojedince koji smanjuju ispuštanje ugljendioksida, naročito metana u atmosferu. Neophodno je da se kažnjavaju ona preduzeća i pojedinci koji previše zagađuju životnu i radnu sredinu.

Od Republičke vlade zahtevatii da se smanje porezi i carine za nabavku i ugradnju opreme za korišćenje biomase u energetske svrhe. Uticati na bankarski sektor da smanji kamatne stope za korisnike kredita za nabavku opreme i postrojenja za energetske pogone. Potrebno je intenzivirati saradnju sa Ministarstvom za dijasporu u cilju obezbeđivanja zainteresovanih lica za ulaganje investicionih sredstava za izgradnju samoodrživih, profitabilnih, energetskih pogona na bazi korišćenja biomase.

Treba formiti tržište upakovane biomase: u obliku bala, briketa i peleta, kao što je to učinila Evropska unija pre 8 godina. Predlaže se da se tržiste biomase formira u okviru Produktne berze u Novom Sadu, kako bi se moglo trgovati sa realnim cenama biomase upakovane u obliku bala, briketa i peleta. Dosadašnja trgovina sa biomasom bila je zatvorenog, bilateralnog, tipa, bez konkurencije, te su cene biomase bile prilično visoke.

Neophodno je da se poveća kvalitet domaće opreme za proizvodnju energetskih peleta i briketa. Potrebno je osnovati asocijaciju proizvođača energetskih peleta i briketa i opreme za proizvodnju peleta i briketa u cilju razmene informacija, povećanja stepena obučenosti ljudi za ovaj proces i povećanja kvaliteta proizvoda u skladu sa standardima evropskih zemalja (Austrije, Nemačke, Švedske i Evropskog instituta za

standardizaciju). Predlažemo osnivanje klastera u oblasti proizvodnje i korišćenja biomase za energetske potrebe, kako bi bili u “duhu” vremena, koji bi objedinjavao sve interese pojedinih činilaca, naravno po ugledu na EU i zemlje okruženja (npr. Slovenija, Hrvatska, Mađarska, itd..)

Energetska efikasnost postojećih peći i kotlova na biomasu je još uvek niska i kreće se od 50 do 65%. Na termičkim postrojenjima nema odgovarajuće merne, kontrolne i regulacione opreme. Ručno se lože, pošto nije bilo dovoljno sredstava za nabavku opreme za automatsko loženje. Zbog toga, ovakva postrojenja sporo nalaze primenu u praksi. Potrebno je graditi kvalitetnije i pouzdanije kotlove sa automatskim loženjem i automoatskom regulacijom i kontrolom procesa sagorevanja biomase. Izbor konstruktivnih karakteristika kotlovskih postrojenja treba uskladiti sa specifičnim fizičkim i termičkim karakteristikama biomase. Potrebno je uvesti obavezu testiranja energetske efikasnosti i emisije gasova zagađivača od termičkih postrojenja na bazi harmonizacije naših standarda sa standardima zemalja Evropske unije. U tom cilju treba osnivati licencirane laboratorije za ispitivanje korišćenja biomase u energetske svrhe (kako biogoriva, tako i opreme).

Potrebno je sa najvišeg nivoa, preko nadležnih Ministarstava, pokrenuti i podstaći primenu biomase u daljinskom grejanju, kako za grejanje tako i za pripremu TPV. Isto tako je neophodno insistirati na korišćenju biomase iz industrijskog procesa, gde je izuzetno važno koristiti otpad i sa stanovišta zaštite životne sredine. U industriji, a naročito u procesnoj industriji, svakako bi se ostvarile najveće uštede kako u ekonomskom, tako u energetskom i ekološkom smislu.

Utrošak energije na postrojenjima za sušenje, hlađenje, skladištenje i doradu poljoprivrednih proizvoda je prilično visok. Neophodno je ovu potrošnju racionalizovati na postojećim postrojenjima ili graditi nova ekonomičnija postrojenja. Treba sve više koristiti biomasu kao energent, jer se korišćenje konvencionalnog goriva ne isplati na ovim postrojenjima.

Stručnjacima poljoprivredne tehnike treba omogućiti da polažu stručni ispit iz svoje struke da bi mogli da dobiju licencu za projektovanje termotehničkih i procesnih postrojenja u poljoprivredi manjih snaga (do 1 MW), pošto se tokom proteklih vremena javila anomalija da država Srbija školuje budžetski (o svom trošku) profil stručnjaka za poslove eksploatacije i konstruisanja tehnike u poljoprivredi, a državni službenici tim istim inženjerima propisima ne omogućavaju da dođu do licence za projektovanje.

Predlažemo da se zajedno sa Pokrajinskim sekretarijatom za energetiku i mineralne sirovine, ekspertskim timom Saveta za biomasu i otpad i Vojvođanskim društvom za poljoprivrednu tehniku, uz učešće sponzora i prijatelja sajta, kreiramo vojvođanski sajt za biomasu po ugledu na svetski AEBIOM (predlog naziva sajta je: www.energoproces.org.rs).

Novi Sad, 27. 10. 2011. god. Izveštaj pripremili:

Dr Miladin Brkić, red. prof.

Dr Todor Janić, vanr. prof.


Fotografije sa X naučno-stručnog skupa KGHvp 2011 i VI naučno-stručnog skupa AgPRO 2011, koji su održani u Novom Sadu, 25.10.2011. godine pod zajedničkim nazivom „ENERGIJA i AgroPROCESing 2011“

prelom revije kghvp 2012

Documents