BIOMASA - Concepte si definitii

Biomasa este partea biodegradabilă a produselor, deşeurilor şi reziduurilor din agricultură, inclusiv substanţele vegetale şi animale, silvicultură şi industriile conexe, precum şi partea biodegradabilă a deşeurilor industriale şi urbane. (Definiţie cuprinsă în Hotărârea nr. 1844 din 2005 privind promovarea utilizării biocarburanţilor şi a altor carburanţi regenerabili pentru transport).

Biomasa reprezintă resursa regenerabilă cea mai abundentă de pe planetă. Aceasta include absolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice ale organismelor vii. Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu descoperirea focului. Energia înglobată în biomasă se eliberează prin metode variate, care însă, în cele din urmă, reprezintă procesul chimic de ardere (transformare chimică în prezenţa oxigenului molecular, proces prin excelentă exergonic).
Forme de valorificare energetică a biomasei (biocarburanţi):
• Arderea directă cu generare de energie termică.
• Arderea prin piroliză, cu generare de singaz (CO + H2).
• Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau bioetanol (CH3-CH2-OH)- în cazul fermentării produşilor zaharaţi; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, în amestec cu benzina, poate fi utilizat în motoarele cu combustie internă.
• Transformarea chimică a biomasei de tip ulei vegetal prin tratare cu un alcool şi generare de esteri, de exemplu metil esteri (biodiesel) şi glicerol. În etapa următoare, biodieselul purificat se poate arde în motoarele diesel.
• Degradarea enzimatică a biomasei cu obţinere de etanol sau biodiesel.
• Celuloza poate fi degradată enzimatic la monomerii săi, derivaţi glucidici, care pot fi ulterior fermentaţi la etanol.
Biomasa reprezintă componentul vegetal al naturii. Ca formă de păstrare a energiei Soarelui în formă chimică, biomasa este unul din cele mai populare şi universale resurse de pe Pământ. Ea asigură nu doar hrana, ci şi energie, materiale de construcţie, hârtie, ţesături, medicamente şi substanţe chimice.
Biomasa este utilizată în scopuri energetice din momentul descoperirii de către om a focului. Astăzi combustibilul din biomasă poate fi utilizat în diferite scopuri - de la încălzirea încăperilor până producerea energiei electrice şi combustibililor pentru automobile.
Date generale
• Masa totală (inclusiv umid.) - peste 2000 mlrd tone;
• Masa totală a plantelor terestre - 1800 mlrd tone;
• Masa totală a pădurilor - 1600 mlrd tone;
• Cantitatea energiei acumulate în biomasa terestră - 25.000*1018 J;
• Creşterea anuală a biomasei - 400.000 mil tone;
• Viteza acumulării energiei de către biomasa terestră - 3000*1018 J pe an (95TWt);
• Consumul total anual a tuturor tipurilor de energie - 400*1018 J pe an (22TWt);
• Utilizarea energiei biomasei - 55*1018 J pe an (1,7TWt)
Compoziţia chimică a biomasei poate fi diferenţiată în cîteva tipuri. De obicei plantele conţin 25% lignină şi 75% glucide (celuloză şi hemiceluloză) sau zaharide. Fracţiunea glucidică este compusă dintr-o mulţime de molecule de zaharide, unite între ele prin lanţuri polimerice lungi. Una din cele mai importante glucide este celuloza. Componenta ligninică este compusă din molecule nesaharizate. Natura utilizează moleculele polimerice lungi de celuloză la formarea ţesuturilor, care asigură integritatea tutoror plantelor. Lignina apare în plante ca ceva de genul lipiciului, care leagă moleculele celulozice între ele.
Cum se formează biomasa?
Bioxidul de carbon din atmesferă şi apa din sol participă în procesul obţinerii glucidelor (saharidelor), care formează „blocurile de construcţie" a biomasei. Astfel, energia solară, utilizată la fotosinteză, îşi păstrează forma chimică în structura biomasei. Dacă ardem efectiv biomasa (extragem energia chimică), atunci oxigenul din atmosferă şi carbonul din plante reacţionează formînd dioxid de carbon şi apă. Acest proces este ciclic, deoarece bioxidul de carbon poate participa din nou la procesul de formare a biomasei.
Ca adăugare la sensul său estetic de floră pămîntească a planetei, biomasa prezintă o rezervă resursă utila şi importanta pentru om. Pe parcursul a mii de ani oamenii extrăgeau energia soarelui, păstrată în formă de energiei legăturilor chimice, arzînd biomasa în calitate de combustibil sau utilizînd-o în alimentaţie, utilizînd energia zaharidelor şi celulozei. Pe parcursul ultimelor secole, omenirea a învăţat să obţină tipurile fosile de biomasă, în deosebi, în formă de cărbune. Combustibilii fosili prezintă rezultatul reacţiei chimice foarte încete de transformare polisaharidelor în compuşi chimici asemănătoarei fracţiei ligninice. În rezultat compusul chimic al cărbunelui asigură o sursă de energie mai concentrată. Toate tipurile de combustibil fosil, utilizate de către omenire - cărbune, petrol, gaze naturale - reprezintă (prin sine) biomasă străveche. Timp de milioane de ani pe Pămînt resturile plantelor (vegetale) se transformă în combustibil. Deşi combustibilul extras constă din aceleeaşi componente - hidrogen şi carbon - ca şi biomasa "proaspătă", el nu poate fi atribuit la surse energetice renovabile, pentru că formarea lui necesită o perioadă îndelungată de timp.
Utilizarea biomasei creşte cu tempuri rapide. În unele state dezvoltate biomasa este utilizată destul de intens, spre exemplu, Suedia, care îşi asigură 15% din necesitatea în surse energetice primare. Suedia planifică pe viitor creşterea volumului biomasei utilizate concomitent cu închiderea staţiilor atomo- şi termo-electrice, care utilizează combustibil fosil. În SUA 4%, unde din energie este obţinută din biomasă, aproape de cantitatea obţinută la staţiile atomo-electrice, astăzi funcţionează instalaţii cu capacitatea totală de 9000 MW, unde se arde biomasa cu scopul obţinerii energiei electrice. Biomasa cu uşurinţă poate asigura peste 20% din necesităţile energetice a ţării. Altfel spus, resursele funciare existente şi infrastructura sectorului agrar permite înlocuirea completă a tuturor staţiilor atomice, fără a influenţa preţurile la produsele alimentare. De asemenea, utilizarea biomasei la producerea etanolului poate micşora importul petrolului cu 50%.
În ţările în curs de dezvoltare biomasa este utilizată neefectiv, obţinându-se, ca regulă, 5-15% din necesitatea totală. În plus, biomasa nu este atât de comodă în utilizare, precum combustibilul fosil.
Utilizarea biomasei poate fi periculoasă pentru sănătate şi mediu. Spre exemplu, la prepararea bucatelor în încăperi puţin aerisite se pot forma CO, NOx, formaldehide, particule solide, alte substanţe organice, concentraţia cărora poate întrece nivelul recomandat de Organizaţia Mondială a Sănătăţii. În plus, utilizarea tradiţională a biomasei (de obicei arderea lemnului) favorizează deficitul în creştere a materiei lemnoase, sărăcirea de resurse, de substanţe hrănitoare, problemele legate de micşorarea suprafeţelor pădurilor şi lărgirea pustiurilor.
La începutul anilor '80, aproape 1,3 mlrd oameni îşi asigurau necesitatea în combustibil pe baza micşorării rezervelor forestiere.
Există un potenţial enorm a biomasei, care poate fi inclus în circuit în cazul înbunătăţirii utilizării resurselor existente şi creşterea productivităţii. Bioenergetica poate fi modernizată, datorită tehnologiilor moderne de transformare a biomasei iniţiale în purtători de energie moderni şi comozi (energie electrică, combustibili lichizi şi gazoşi, solid finisat).