considerations on the forest-derived biomass production aspecte ale

Ecoterra, no. 28, 2011

23

ASPECTE ALE PRODUCŢIEI DE BIOMASĂ PROVENITĂ DIN PĂDURI Corina BERKESY1, Mihaela BEGEA1, László BERKESY2, Mircea CRĂCIUN1, Mihaela ANDREICA1, Maria SOMEŞAN1

1S.C. ICPE Bistriţa S.A., 2Universitatea Babeş-Bolyai din Cluj-Napoca, Facultatea de Ştiinţa şi Imgineria Mediului Abstract: Considerations on the forest-derived biomass production. The regenerative energy resources represent a new opportunity in Romania, with perspectives of developing themselves in the future. At present, in Romania but small-scaled, pending developing pilot projects or small companies could be mentioned. The capitalisation of the regenerative energy resources could contribute to the putting into practice of strategies regarding the enhancement of the energy security by the diversification of the energetic resources and the imports reduction. This work presents certain issues on the technologies of extracting the wood biomass from forests, some methods of obtaining products from this kind of biomass, such as firewood, briquettes and pellets, and on the utilisation of the Romanian wood biomass as an energy resource, as this one is taken as a long-lasting and environmentally friendly source of energy. Key words: regenerative resources, wood biomass, pellets, briquettes. Introducere

Biomasa contribuie cu 14% la consumul mondial de energie primară, iar pentru trei sferturi din populaţia globului, care trăieşte în ţările în curs de dezvoltare, aceasta reprezintă cea mai importantă sursă de energie.

În prezent, în UE, 4% din necesarul de energie este asigurat din biomasă. Agenţia Internaţională pentru Energie estimează că în Europa, resursele de petrol se vor epuiza în 40 de ani, cele de gaze naturale în 60 de ani, iar cele de cărbune în 200 de ani, lucru care s-ar traduce prin faptul că, peste aproximativ 20 de ani, Europa va fi nevoită să importe 70 la sută din necesarul de energie. Ca urmare a acestui fapt, statele Uniunii au fost nevoite să găsească surse regenerabile. În cele 25 de state ale Uniunii Europene, sursele regenerabile de energie au contribuit cu 6% la producţia totală de energie din 2002. Ţinta Comisiei Uniunii Europene a fost ca până în 2010, energia regenerabilă să aibă o contribuţie de 12%. Circa două treimi din energia din sursele regenerabile folosite în Europa revin biomasei (http://www.tehnicainstalatiilor.ro/articole/pdf/ nr_38/014-030.pdf).

Resursele regenerabile de energie reprezintă o nouă oportunitate în România, cu perspective de dezvoltare în viitor. În prezent în România ar putea fi menţionate numai proiecte la scară mică, proiecte pilot în curs de dezvoltare sau companii mici.

Valorificarea resurselor regenerabile de energie ar putea contribui la realizarea unor strategii în ceea ce priveşte sporirea securităţii de energie prin diversificarea resurselor energetice şi reducerea importurilor. Biomasa lemnoasă

Biomasa lemnoasă provine din lemnul rezultat de la tăierea coroanelor pomilor care nu au utilizare industrială şi din cantităţile de lemn care urmează a fi prelucrate, dar care au o calitate inferioară. Comparând cu alte surse existente de biomasă lemnoasă din pădure, recuperarea reziduurilor nefolosite din operaţiunile de exploatare convenţionale are cel mai mare potenţial în a furniza biomasă pentru producţia de energie (Brad, 2010).

Surse de materii prime pentru combustibili "densificaţi"

Reziduurile generate de produsele industriei forestiere ar putea fi împărţite în două categorii: - reziduurile de exploatare, generate de operaţiunile de exploatare forestieră, de exemplu, de

la curăţirile finale; - produse secundare industriale, generate de industriile forestiere în timpul prelucrării

lemnului, placajului, PAL-ului, celulozei etc. (Brad, 2010).


24

Unele surse şi tipuri de reziduri sunt prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1 Surse şi tipuri de reziduuri (după Brad, 2010)

Sursa reziduului Tipuri de reziduuri Operaţiuni forestiere Crăci, ace, frunze, vârfuri, rădăcini, lemn

degradat şi declasat, tăieturi şi rumeguş Producerea de cherestea Coajă, rumeguş, lăturoaie, lemn crăpat

Producţia de placaje Coajă, miez, resturi de furnire, rebuturi, resturi de placaje, aşchii de rindeluit

Producţia de PAL Coajă, resturi de plăci, rumeguş

Biomasa, în special peletele din lemn, se va impune şi în România, ca o sursă de bază în anii ce vor veni. Soluţiile de producere a energiei bazate pe biomasă sunt mai eficiente decât cele rezultate din exploatarea energiei eoline sau solare, şi nu au practic limitări geografice. Potenţialul energetic al biomasei depăşeşte de peste opt ori necesarul global al Terrei (http://ecopellets.ro/pdf/doc_1.pdf). Recoltarea şi transportul masei lemnoase În funcţie de elementele dimensionale ale biomasei şi capacitatea de transport a mijloacelor de colectare, este necesar ca aceasta să se deplaseze pe drumul cel mai scurt cu cheltuieli şi consumuri reduse, de la locul de doborâre până la locurile de concentrare de-a lungul liniilor sau căilor de colectare, operaţie cunoscută sub denumirea de adunat (tabelul 2). Această operaţie se desfăşoară pe distanţe scurte, folosindu-se la maximum condiţiile naturale de teren şi mai ales căile gravitaţionale de deplasare sau de alunecare. Caracteristic pentru adunat este faptul că se efectuează pe distanţe scurte, în general sub 100m, pe trasee naturale, dispersate (Horodnic, 2003).

În anumite condiţii de teren şi arboret operaţiile de scos şi apropiat se execută continuu cu aceleaşi mijloace, procesul de colectare fiind denumit şi de scos-apropiat.

Accesibilizarea fondului forestier constituie prima treaptă în introducerea şi extinderea mecanizării exploatării lemnului, fiind pe de o parte, pentru deplasarea până la locul de recoltare a lemnului a mijloacelor mecanice de lucru, iar pe de altă parte, pentru a colecta şi a introduce în circuitul economic masă lemnoasă pusă în valoare şi prevăzută în posibilitatea amenajamentului (fig. 1).

Fig. 1. Recoltare şi transport masă lemnoasă.

Practic, exploatarea forestieră începe cu tăierea lemnului din pădure, curăţarea de crengi şi

îndepărtarea rădăcinilor, după care urmează operaţiunea de transport şi depozitare în cadrul fabricii de prelucrare, locul unde se realizează adevărata sortare şi clasificare pe grupe de calitate a lemnului.

Până în prezent, în România nu s-au dezvoltat tehnologii de valorificare completă a tuturor categoriilor de deşeuri lemnoase. În momentul de faţă, la noi în ţară nu există utilaje specializate în scoaterea cioatelor şi a rădăcinilor, acest potenţial de deşeuri lemnoase neputând fi astfel valorificat cel puţin pe termen scurt şi mediu.


25

Pe termen lung este necesară realizarea unei analize pentru determinarea oportunităţii de achiziţionare a tehnologiilor deja existente pe piaţa europeană pentru scoaterea şi valorificarea acestor cioate şi rădăcini, ţinând seama de faptul că această practică este aplicată la scară largă în ţările nordice ale Europei şi în Italia Reglementările cuprinse în legislaţia UE în domeniul ecologic, şi anume de a se valorifica integral deşeurile lemnoase rezultate în urma prelucrărilor primare şi secundare, se respectă prin plasarea unor echipamente de compactare staţionare în fluxul tehnologic specific, la fiecare agent economic din domeniu.

Tabelul 2 Procesul tehnologic de recoltare a lemnului

Valorificarea biomasei lemnoase exploatate

În zonele urbane, instalaţiile termice folosesc în mare măsură combustibilii fosili, gazele naturale şi petrolul, aduse de la mare distanţă prin conducte sau prin transport terestru şi cu costuri mari. Nu e de mirare că populaţia urbană, săracă, nu este în stare să plătescă încălzirea şi apa caldă.

În schimb, zonele rurale posedă o resursă deosebită, biomasa vegetală. În prezent, în vestul Europei, proporţia de biomasă primară transformată în sursă de energie depăşeşte 10%. Aceasta este o sursă energetică ce în Romania este folosită sub 1%.

Ţinând cont de aceasta, valorificarea superioară a biomasei lemnoase presupune ca obiective: - creşterea proporţiei de lemn pentru utilizări industriale sau prelucrări în produse finite, cu valori mari de întrebuinţare; - utilizarea deşeurilor rezultate din producţie pentru producerea de peleţi, bricheţi, cipsuri.

Procesarea reziduurilor de exploatare

Procesarea include activităţi asociate convertirii reziduurilor de exploatare sau a arborilor în piese mai mici (chips). În general, există trei tipuri de echipamente de procesare: tocător cu rezervor, tocător orizontal, tocător de arbori întregi (Brad, 2010).


26

Deşeurile de lemn ca lemn de foc În afara valorificărilor în stare brută, în urma unor prelucrări mecanice sau chimice, mai

există şi valorificarea lemnului ca şi combustibil. Prin combustibil se înţelege un material în genere de provenienţă organică, prin a cărui ardere se dezvoltă în mod economic căldură.

Teoretic, orice bucată de lemn, oricât de mică, poate fi folosită drept combustibil. Practic însă, nu se pune problema unei astfel de utilizări pentru o serie de deşeuri lemnoase, în special de la exploatarea pădurilor: rumeguşul rezultat la doborârea şi secţionarea arborilor, coaja împrăştiată pe parcurs la colectarea lemnului etc. În problema brichetării cojii sau a rumeguşului este de menţionat că această modalitate măreşte valoarea termică a ambelor sortimente, le micşorează volumul şi uşurează manipularea, transportul şi depozitarea lor (fig. 2).

Fig. 2. Lemn de foc - depozitare, transport. Privită sub aspect economic, brichetarea rumeguşului prezintă însă dezavantaje economice

care nu sunt de natură a considera problema ca soluţionată. Legarea crăcilor în snopi este de asemenea o problemă de corelare între valorile de cost şi de livrare, prima depăşind-o în multe situaţii pe cea de a doua (Brad, 2010).

Peletele din lemn

Peletele se obţin prin presarea mecanică a materialului lemnos la dimensiuni mult mai mici şi cu densitate mult mai mare. Peletele sunt combustibili solizi, cu conţinut scăzut de umiditate, obţinute din rumeguş, aşchii de lemn, sau chiar scoarţă de copac, talaj şi praf de lemn de la instalaţiile industriale de prelucrare a lemnului, precum şi din copacii nevalorificaţi din exploatările forestiere. Răşinile şi lianţii existenţi în mod natural în rumeguş au rolul de a menţine peleţii compacţi şi de aceea aceştia nu conţin aditivi (http://ecopellets.ro/pdf/doc_1.pdf).

Peleţii din lemn sunt combustibili ecologici (fig. 3), economici şi neutri privitor la emisiile de CO2, în majoritate produs din rumeguş şi resturi de lemn, comprimate la presiune ridicată fără aditivi pentru lipire. Ei sunt de formă cilindrică, de obicei măsurând între 6-10 mm diametru şi 10-30 mm lungime. Fiind un combustibil produs la standarde înalte şi comprimat, peleţii permit ca transportul lor să fie economic şi să se utilizeze sisteme complet automatizate în unităţile producătoare de electricitate şi căldură, de la cele care deservesc o singură familie până la cele publice.

Fig. 3. Pelete din lemn.


27

Producerea de pelete din biomasă din lemn Procesul de peletizare este o posibilitate de valorificare a deşeului lemnos. Peletul este un

combustibil care se fabrică din deşeuri rezultate din procesul de prelucrare a lemnului, de exemplu, din rumeguş, talaj, bucăţi de lemn, resturi vegetale sau din plante energetice.

Peletul este un combustibil nepoluant, deoarece prin ardere nu se produc emisii dăunătoare. Masa unui m3 de peleţi este aprox. 650 kg şi produce aprox. 3.250 kWh energie.

Procesul de fabricare al peleţilor nu este unul complicat, dar este totuşi complex. Schema din fig. 4 prezintă o linie de peletizare completă, ce include toate elementele tehnologice.

Fig. 4. Schema procesului de peletizare (http://www.kenobi.ro/fileadmin/download/ro/prese-peleti-

procesul-de-fabricare-peleti-nov-2009.pdf) Primul echipament din fluxul tehnologic de peletizare este tocătorul, prin care se efectuează

mărunţirea deşeurilor lemnoase. Tocarea este prima fază a fluxului pentru a simplifica transportul materiei prime şi pentru ca materialul supus uscării să fie de dimensiuni mici şi, pe cât posibil, uniform. De aici, materialul tocat, dar încă umed, ajunge într-un siloz intermediar cu ajutorul unui transportor melcat. Din siloz, tocătura se dozează în mod controlat în uscătorul de material lemnos mărunt (rumeguş, tocătură)(http://www.kenobi.ro/fileadmin/download/ro/prese-peleti-procesul-de-fabricare-peleti-nov-2009.pdf).

Conţinutul de umiditate (10-14%) al materialului care părăseşte uscătorul se poate regla prin controlul temperaturii din incinta de uscare şi prin controlul debitului materiei prime introduse în uscator. Următoarea fază tehnologică este trecerea materialului prin separatorul magnetic care elimină toate materialele feroase.

Materialul omogenizat obţinut în echipamentul de condiţionare se transportă şi se introduce în maşinile de presat. Materialul este presat printr-o matriţă specială. Datorită presiunii mari (800-900 bar) şi a temperaturii ridicate care apare la presare, lignina, liantul natural al lemnului, se topeşte şi ajută la formarea peleţilor la dimensiunile şi la forma identică cu cea a orificiilor din matriţa de presare.

Avantajele peleţilor de lemn

Argumentele de ordin ecologic sunt cele legate de faptul că industria de resort foloseşte deşeurile provenite din industria lemnului reciclându-le într-un combustibil solid, care arde cu o emisie de carbon neutră şi are o compoziţie 100% naturală. Cenuşa rezultată în urma combustiei nu este dăunătoare mediului, iar fumul este aproape inexistent. Nu există riscul contaminării în timpul transportului.


28

Din punct de vedere economic, pot fi enumerate mai multe aspecte: - peleţii produşi în România contribuie la independenţa energetică a ţării; - potenţialul energetic al biomasei din România este aproape egal cu cel al energiei hidro; - crează locuri de muncă în industria de profil, precum şi în industriile adiacente; - fiind un combustibil standardizat la nivel european, beneficiază de sisteme de ardere moderne, cu randamente comparabile cu cele ale gazului natural; - preţul peleţilor este mult mai stabil decât cel mereu crescător al combustibililor fosili; - este o sursă de energie modernă, curată, ieftină, dar mai ales regenerabilă (http://ecopellets.ro/pdf/doc_1.pdf). Avantajele brichetelor de rumeguş

Principalul avantaj constă în faptul că rumeguşul este net superior altor combustibili. Pentru încălzit, este nevoie de o cantitate de brichete de două ori mai mică decât de lemne, deoarece puterea calorică a rumeguşului este de 4.200-5.500 kcal/kg faţă de cea a lemnului folosit pentru foc, care constituie 1.600-2.800 kcal/kg

Brichetele sau butucii au o dimensiune mai mare faţă de peleţi. Materialul de bază este întotdeauna rumeguşul şi aşchiile de lemn.

Procesul de producţie diferă faţă de peleţi, având în vedere că se poate adăuga cca. 40-50% lemn de esenţă tare, atingându-se astfel o putere calorică mult mai mare.

Brichetele se folosesc tot mai mult în toate tipurile de încălzire pe lemn, în special pentru sobele de teracotă şi şeminee.

Brichetele de lemn există în diverse forme, de la rotunde, dreptunghiulare până la octogonale (fig. 5).

Fig. 5. Brichete din lemn.

Avantaje ale valorificării deşeurilor lemnoase Se pot sintetiza după cum urmează : - aplicarea standardelor de calitate şi de mediu existente la nivel european; - asigurarea unei protecţii ecologice eficiente a populaţiei, precum şi a apei, a pădurii etc.; - reciclarea materialelor; - eliminarea deşeurilor de material lemnos de pe suprafeţele de depozitare; - asigurarea unor performanţe de ardere superioare a produselor peletizate; - utilizarea eficientă a deşeurilor de material lemnos rezultate prin prelucrarea lemnului; - reducerea volumului de depozitare a materialelor combustibile, ţinând seama că volumul unei brichete este de circa şapte-opt ori mai mic decât volumul ocupat de aceeaşi cantitate de rumeguş înainte de brichetare; - realizarea unei alternative simple pentru producerea căldurii în domeniul casnic sau în întreprinderi din mica industrie; - realizarea de noi locuri de muncă; - accelerarea alinierii legislaţiei ecologice din ţara noastră la cea existentă în domeniu la nivelul UE.


29

Concluzii În ceea ce priveşte consumul de biomasă al României, în regim de exploatare energetică, se folosesc bio-combustibili de diferite tipuri, după cum urmează: - combustibili pe bază de lemn, folosiţi în cazane industriale de abur sau de apă fierbinte, pentru diferite procese de încălzire industrială; - combustibili pe bază de lemn, folosiţi în cazane de apă caldă, cu puteri termice unitare între 0,7 MW şi 7 MW; - sobe şi cuptoare cu lemne şi/sau diverse deşeuri agricole, utilizate în sfera încălzirii individuale a locuinţelor şi pentru prepararea hranei, a apei calde menajere etc. Mulţumiri Acest articol a fost realizat cu suportul financiar al proiectului BiomassTradeCentre2 “Development of biomass trade and logistics centres for sustainable mobilisation of local wood biomass resources” (Contract IEE/10/115/SI2.591387). Proiectul este cofinanţat de UE prin programul Intelligent Energy - Europe Programme.

Bibliografie 1. Brad M., L., 2010 - Cercetări privind valorificarea superioară a lemnului de mici dimensiuni, Rezumatul tezei de doctorat, Braşov 2. Horodnic S., 2003 - Bazele exploatarii lemnului, Editura Universităţii Suceava 3. *** http://www.kenobi.ro/fileadmin/download/ro/prese-peleti-procesul-de-fabricare-peleti-nov-2009.pdf 4. *** http://www.tehnicainstalatiilor.ro /articole/ pdf/ nr_38/014-030.pdf). 5. *** http://ecopellets.ro/pdf/doc_1.pdf Date de contact Corina BERKESY: S.C. ICPE Bistriţa S.A., str. Parcului, nr. 7, Bistriţa, cod poştal 420035, e-mail: [email protected]


30

considerations on the forest-derived biomass production aspecte ale

Documents