Post on 02-Sep-2019
Skupina: „Manj kakovostni les“
Ocena kvantitativnih parametrov manj
kakovostnega lesa, ki vstopa v proces
biorafinerijskega razklopa
1. korak seminarske naloge pri predmetu Bioekonomija
Mentor: prof. dr. Luka Juvančič
21. 1. 2018
Gozdno gozdarsko območje
Nazarje
Značilnosti območja:
∼49.358 ha gozdov
∼338 m3/ha lesne zaloge
∼8,23 m3/ha letni prirastek
∼4,99 m3/ha letni posek
∼246.096 m3 skupni letni posek
Drevesne vrste in prisotnost v
lesni zalogi
Drevesna vrsta Lesna zaloga
(m3/ha)
Lesna zaloga
(%)
Smreka 214,8 61,00
Jelka 19,0 5,40
Bor 12,1 3,44
Macesen 14,6 4,15
Bukev 66,5 18,90
Hrast 7,2 2,04
Plemeniti listavci 10,9 3,10
Trdi listavci 5,2 1,50
Mehki listavci 1,6 0,45
• Plemeniti listavci: lipa, ostrolistni in gorski javor, oreh.
• Trdi listavci: gaber, kostanj, brest
• Mehki listavci: topol, jerebika, vrba
Kakovost lesa drevesnih vrst na območju
Drevesna
vrsta
Odlična
(%)
Prav dobra
(%)
Dobra
(%)
Zadovoljiva
(%)
Slaba
(%)
Smreka 21,64 40,23 31,56 5,94 0,64
Jelka 29,39 48,40 18,80 3,13 0,27
Bor 17,30 40,34 33,68 7,31 1,37
Macesen 35,74 35,30 24,90 3,65 0,40
Bukev 7,56 33,30 33,60 17,53 7,95
Hrast 7,48 34,30 37,00 15,36 5,85
Plemeniti
listavci
11,94 27,16 38,44 17,36 4,83
Drugi trdi
listavci
3,57 23 30,1 25,4 17,08
Mehki
listavci
5,64 0,40 25,20 34,70 24,09
Ocena kvantitativnih parametrov
Drevesna
vrsta
Zadovoljiva
in slaba
kakovost
(∑ %)
Lesna
zaloga
(m3/ha)
Lesna zaloga
zadovoljive in
slabe kakovosti
(m3/ha)
Možen
posek
(m3/ha)
Skupni
možni
posek na
območju
(m3)
Smreka 6,58 214,8 14,1 0,2110 10.414
Jelka 3,4 19 0,7 0,0110 543
Bor 9,37 12,1 1,1 0,0165 814
Macesen 4,05 14,6 0,6 0,0090 444
Bukev 25,48 66,5 16,94 0,2541 12.542
Hrast 21,21 7,2 1,53 0,0230 1.135
Plemeniti
listavci
22,19 10,9 2,42 0,0360 1.776
Drugi trdi
listavci
442,44 5,2 2,21 0,0330 1629
Mehki
listavci
58,79 1,6 0,94 0,0140 691
Skupaj: 29.988
Izračuni:
• Zadovoljiva in slaba kakovost (∑ %):
Vsota posameznih odstotkov
• Lesna zaloga zadovoljive in slabe kakovosti (m3/ha):
Produkt lesne zaloge in vsote odstotkov
• Možen posek (m3/ha):
5 m3/ha (možen posek) / 338 m3/ha (lesna zaloga) = 0,015
Možen posek je 1,5 % gozda
Primer „smreka“: 14,1 m3/ha x 0,015 = 0,2110 m3/ha
• Skupni možni posek na območju (m3):
Primer „smreka“: 49.358 ha gozda
0,2110 m3/ha x 49.358 ha = 10.414 m3
Kemična sestava lesa
najpogostejših drevesnih vrs
Drevesna vrsta Komponenta
Celuloza (%) Lignin (%) Hemiceluloza (%)
Smreka (Picea
abies)
41,0 - 57,8 19,0 - 29,0 8 - 13,3
Jelka (Abies spp.) 40-50* 28-29,9 25-30*
Bor (Pinus spp.) 40-50* 22,2 25-30*
Macesen (Larix
decidua)
40-50* 29,3-32,5 25-30*
Bukev (Fagus
sylvatica)
33,7 – 46,4 11,6 – 22,7 17,8 – 25,5
Hrast (Quercus
spp.)
39,5 - 42,8 24,9 – 34,3 19,0 – 25,5
*-splošni podatek
Skupina: „Manj kakovostni les“
Shematski prikaz postopka biorafinerijskega razklopa manj kakovostnega lesa
2. korak seminarske naloge pri predmetu Bioekonomija
Mentor: prof. dr. Luka Juvančič 21. 12. 2017
Razklop biomase
- Lignoceluloza je zahteven substrat za razgradnjo
- Sestavljena je iz različnih spojin najpogostejše so
celuloza(40%), hemiceluloza(20-50%), lignin (10-25%),
preostali delež predstavlja pepel, proteini in različne
nukleinske kisline v sledovih
- Za razklop se poslužujemo kemijskih, fizikalnih in
bioloških metod, pogosto uporabimo kombinacijo
Fermentacija ter pridobivanje
bioetanola iz lignocelulozne
biomase
• biokemični proces, ki ga izvajajo mikroorganizmi
• obvezna je pred priprava; uporabljamo fizikalne načine kot so mletje in
H2O/NH3/CO2 eksplozije, kemične tretmaje z nizkim/visokim pH,
biodegradacijo z mikroorganizmi ter organska topila
• sledi obdelava celuloznih ter hemiceluloznih ostankov s primernimi encimi,
da lahko dobimo glukozo, ki bo primeren substrat za proizvodnjo etanola
• Ločena hidroliza ter ko-fermentacija - v prvem koraku razgradimo
celulozo, odstranimo lignin. V drugem poteče fermentacija.
• Simultana saharifikacija ter ko-fermentacija - sprotno pretvarjanje
kompleksnih sladkorjev v glukozo in njihovo direktno pretvarjanje v etanol
preko fermentacije.
• Glavna razlika: ekstrakcija lignina
Anaerobna razgradnja
lignoceluloze ter bioplin
• Anaerobna razgradnja je ena najbolj donosnih ter cenovno ugodnih tehnik
• Pridelujemo metan - metanogene arheje
• Glede na vsebnost trdnih snovi v substratu, lahko proces razdelimo na
tekočo anaerobno razgradnjo ali pa trdno anaerobno razgradnjo.
Razlike: trdna porabi manj vode ter energije, pri enaki masi suhe snovi
zahteva manjši volumen bioreaktorja, volumetrični donos metana pa je višji.
• Največkrat se uporablja šaržni proces, tudi z dohranjevanjem, saj prinaša
največje donose.
• Dvostopenjski sklopljeni proces - prvi bioreaktor je namenje hidrolizi
lignoceluloze, drugi pa sami metanogenezi ter produkciji metana. Ker sta
pH optimuma teh dveh procesov različna, se je uporaba dvostopenjskega
procesiranja izkazala za zelo uspešno.
Piroliza lignoceluloze ter pridelava
bio-olja ter bio-oglja • Hitra piroliza je obetaven proces pretvorbe lignoceluloze v biogorivo. Glavna
prednost te metode je cenovna ugodnost; približno 0,5$ na liter.
• Bio-olje - kompleksna mešanica več kot 300 različnih oksigeniranih spojin, glavna
razlika med bio-oljem ter fosilnimi gorivi je vsebnost kisika ter razmerje H/C, ki je
pri bio-olju nižje. Bio-olja imajo nekaj pomankljivosti; nizek parni tlak, nižjo
energetsko vrednost, visoko kislost ter viskoznost in reaktivnost.
• Tekom pirolize nastajajo: plin, bio-olje, bio-oglje. % odvisen od parametrov
(temp. pirolize, hitrost dviga temp., čas izločanja snovi ter velikost delcev);
pomembna sestava, predvsem vsebnost lignina.
Tehnologija Retenzijski
čas
Temperaturn
i gradient
Temperatura Oglje Bio-olje Plin
Standardna
piroliza
5–30 min < 50°C/min 400–600°C <35% <30% <40%
Htra
piroliza
<5 sec ~1000°C/s 400–600°C <25% <75% <20%
Flash
piroliza
<0.1 sec ~1000°C/s 650–900°C <20% <20% <70%
Gasifikacija
-Produkcija sintetičnega naravnega plina iz biomase
-Taka produkcija energije je približno CO2 nevtralna
-Gre za konverzijo organskega materiala ali drugih
ogljikovih derivatov fosilnih goriv v ogljikov monoksid,
vodik in CO2.
-Te produkti se nato pretvorijo v Syngas oz. metan
-Poznamo več vrst gasifikacij: Entrained flow, CFB
gasifikacija, Allothermal gasification
Osnovna shema gasifikatorja
Kemijski in energetski tok
Lesna biomasa
(energija v
kemisjkih
vezeh)
Dovajanje toplote
Razpad biomase na CO(50%), H2(18%), CO2(14.7%),
H2O(16.5%), H2S (250ppm), NH3(1500ppm)
Metanifikacija
Filtriranje: Pepel,ZnS,katran
(Izgube energije v odpadnem
substratu)
Toplotne izgube
Para za ohlajevanje in kasnejše
ponovno segrevanje
Energija v plinu,
nadaljne izgube pri
transportu
IZKORISTEK
Kalorična vrednost izhodnega
plina/(kalorična vrednost
biomase+dovedene energije v
procesu)
Ekonomika proces
- Izgubljamo energijo z latentno toplota. Ta predvsem izhaja zaradi veliko višje izstopne
temperature plina, izgube trpimo tudi predvsem zaradi neizgorelega ogljika v obliki pepela
-Močan scale-up efekt. Namreč potrebna je vgradnja čistilca plina zaradi narave biomase
-Cena za elektriko takega vira znaša nekje 0.001–0.012 € kWh−1 ob privzemu, da les dobimo
brezplačno
Izbor metode ter razlogi zanj
Zakaj GASIFIKACIJA?
• lahko uporabimo ves manj kakovostni les (listje,lubje, vejice)
• pri višjih temperaturah postopka gasifikacija nudi boljše
rezultate
• material se popolnoma razgradi
• visoki energetski donosi do 12 000 kJ na kilogram substrata,
odvisno od % vlage ter temperature
Osnovna ocena prihodkov
in začetnih stroškov
Vizija Postaviti želimo najboljši sistem tovarn za trajnostno uporabo
naravnih virov. Bioplin bomo proizvajali lokalno in to dostaviti
vsem državljanom sveta, ki si želijo boljši jutri.
Poslanstvo Ker se svet preusmerja na bolj trajnostno gospodarjenje, želimo biti
prvi in najboljši pri moderni proizvodnji bioplina. Naš koncept
temelji na trajnostni uporabi naravnih virov, ki sicer nimajo visoke
dodane vrednosti. Želimo izboljšati izkoriščenost našega lokalno
posekanega lesa in ga vključiti v krožno gospodarstvo.
Trg
• trg energetike
• bioplin
• velika podjetja: Petrol, Energetika
Ljubljana, Gen-I
• visoki vstopni stroški: infrastruktura,
konkurenca
Konkurenca ali
strateški partnerji?
• okolju prijazen proizvod
• napreden→ prehod na trajnostna goriva
• moderna tehnologija
• trajnostna poraba lesa
• lokalna proizvodnja in predelava
• dodajanje vrednosti lesu slabše kakovosti
Naš
bioplin
Komunikacijski načrt
• strateška partnerstva
• partnerji: B2C→ marketing
• komunikacija B2B: konkurenčne prednosti
proizvoda in proizvodnje
• nove poslovne priložnosti in povezave-
mreženje
Raziskave in razvoj
• povezave z inštituti in fakultetami
• prakse za študente
• inovativnost
• investiranje v razvoj: Slovenski podjetniški
sklad, Cel krog, EU projekti