Vysvětlení biomasy – US Energy Information Administration (EIA)

Biomasa – obnovitelná energie z rostlin a zvířat

Biomasa je obnovitelný organický materiál, který pochází z rostlin a zvířat. Biomasu lze spalovat přímo na teplo nebo ji různými procesy přeměnit na kapalná a plynná paliva.

Biomasa byla největším zdrojem celkové roční spotřeby energie v USA až do poloviny 19. století. V roce 2023 tvořila biomasa asi 5 % celkové spotřeby primární energie v USA. Biomasa se používá k vytápění a výrobě elektřiny a jako palivo v dopravě. Biomasa je důležitým palivem v mnoha zemích, zejména v rozvojových zemích pro vaření a vytápění.

• Dřevo a odpad ze zpracování dřeva – palivové dříví, dřevěné pelety a štěpky, piliny a odpad z výroby řeziva a nábytku a černý louh z celulózek a papíren
• Zemědělské plodiny a odpadní materiály – kukuřice, sója, cukrová třtina, proso, dřeviny, řasy a zbytky ze zpracování plodin a potravin, většinou k výrobě biopaliv
• Biogenní materiály v tuhém komunálním odpadu – výrobky z papíru; bavlněné a vlněné výrobky; a potravinový, dvorní a dřevěný odpad
• Živočišný hnůj a lidské odpadní vody pro výrobu bioplynu (obnovitelný zemní plyn)

Biomasu lze přeměnit na energii různými způsoby

Biomasa se přeměňuje na energii prostřednictvím různých procesů, včetně:

• Přímé spalování (spalování) k výrobě tepla
• Termochemická přeměna k výrobě pevných, plynných a kapalných paliv
• Chemická přeměna na výrobu kapalných paliv
• Biologická přeměna na výrobu kapalných a plynných paliv

Přímé spalování je nejběžnější způsob přeměny biomasy na užitečnou energii. Veškerá biomasa může být spalována přímo pro vytápění budov a vody, pro poskytování průmyslového procesního tepla a pro výrobu elektřiny v parních turbínách.

Termochemická přeměna biomasy zahrnuje pyrolýza a zplynování. Oba procesy jsou procesy tepelného rozkladu, kdy se suroviny biomasy ohřívají v uzavřených, tlakových nádobách tzv zplyňovače při vysokých teplotách. Procesy se liší především v teplotách a v množství kyslíku přítomného během konverze.

• Pyrolýza zahrnuje zahřívání organických materiálů na teplotu mezi 800 °F a 900 °F (400 °C a 500 °C) za téměř úplné nepřítomnosti volného kyslíku. Pyrolýza biomasy produkuje paliva, jako je dřevěné uhlí, bioolej, obnovitelná nafta, metan a vodík.
• Hydrorafinace využívá vodík ke zpracování bio-oleje (vyrábí se rychlá pyrolýza) za zvýšených teplot a tlaků v přítomnosti katalyzátoru k výrobě obnovitelné nafty, obnovitelného benzínu a obnovitelného leteckého paliva.
• Zplyňování zahrnuje zahřátí organických materiálů na 800 °C až 900 °C v nádobě a vstřikování řízeného množství volného kyslíku nebo páry do nádoby za vzniku plynu bohatého na oxid uhelnatý a vodíku nazývaného syntézní plyn nebo syngas. Syngas lze použít jako palivo pro dieselové motory, pro vytápění a pro výrobu elektřiny v plynových turbínách. Když se vodík oddělí od syngasu, syngas a vodík mohou být spáleny nebo použity v palivových článcích. Syntézní plyn lze dále zpracovávat na kapalná paliva pomocí Fischer-Tropschova procesu.

Proces chemické konverze známý jako transesterifikace se používá k přeměně rostlinných olejů, živočišných tuků a tuků na metylestery mastných kyselin (FAME) za účelem výroby bionafty.

Biologická přeměna biomasy zahrnuje fermentaci na výrobu etanolu a anaerobní digesci na výrobu bioplynu. Etanol se používá jako palivo pro vozidla. Bioplyn, také nazývaný biometan nebo obnovitelný zemní plynse vyrábí v anaerobních fermentorech na čistírnách odpadních vod a v mlékárnách a chovech hospodářských zvířat. Bioplyn se také tvoří a může být zachycen na skládkách pevného odpadu. Správně upravený obnovitelný zemní plyn má stejné využití jako zemní plyn z fosilních paliv.

Výzkumníci pracují na způsobech, jak zlepšit tyto metody a vyvinout další způsoby, jak přeměnit a využít více biomasy pro energii.

Biomasa poskytovala v roce 2023 asi 5 % americké energie

V roce 2023 biomasa představovala asi 5 % spotřeby energie v USA, neboli asi 4 978 bilionů britských tepelných jednotek (TBtu). Typy, množství a procentuální podíly na celkové spotřebě energie z biomasy v roce 2023 byly:

• Biopaliva – 2 662 TBtu – 53 %
• Dřevo a dřevěný odpad – 1 918 TBtu – 39 %
• Tuhý komunální odpad, zvířecí hnůj a splašky – 398 TBtu – 8 %

Průmyslový sektor je největším spotřebitelem biomasy pro energii ve Spojených státech

Množství – v TBtu – a procentuální podíly na celkové spotřebě energie z biomasy v USA spotřebitelským sektorem v roce 2023 byly:

Průmyslový sektor představoval v roce 2023 nejvyšší celkovou roční spotřebu biomasy v USA z hlediska energetického obsahu a procentuálního podílu. Dřevařský průmysl a papírenský průmysl využívají biomasu v kombinovaných teplárnách a elektrárnách pro procesní teplo a pro výrobu elektřiny pro vlastní potřebu.

Sektor dopravy představoval v roce 2023 druhé nejvyšší množství a procentuální podíl spotřeby biomasy (jako biopaliv).

Rezidenční a komerční sektor využívá k vytápění palivové dřevo a dřevěné pelety. Spotřeba biomasy v komerčním sektoru zahrnuje bioplyn produkovaný a spotřebovaný komunálními čističkami odpadních vod a skládkami odpadu.

Odvětví elektrické energie využívá odpady získané ze dřeva a biomasy k výrobě elektřiny pro prodej do ostatních sektorů.

Spojené státy jsou čistým vývozcem energie z biomasy

Na základě energetického obsahu převýšil celkový vývoz energie z biomasy v USA v roce 2023 celkový dovoz energie z biomasy.

Zhuštěná paliva z biomasy (dřevěné pelety a jiná zhuštěná paliva z biomasy) se v posledních letech stala exportní komoditou USA. V roce 2023 Spojené státy vyvezly asi 8,6 milionů tun dřevěných palivových pelet (tabulka 8).

Poslední aktualizace: 30. července 2024 s údaji z Měsíčního energetického přehledu, duben 2024; údaje za rok 2023 jsou předběžné.

Stručný přehled o biomase

• Biomasa je obnovitelný organický materiál z rostlin a zvířat.
• Používá se pro vytápění, výrobu elektřiny a jako palivo v dopravě.
• V roce 2023 tvořila asi 5 % celkové spotřeby primární energie v USA.
• Hlavní typy biomasy zahrnují:
• Dřevo a odpad ze dřeva (např. pelety, piliny).
• Zemědělské plodiny a jejich zbytky.
• Biogenní materiály v tuhém komunálním odpadu.
• Živočišný hnůj a lidské odpadní vody pro bioplyn.
• Biomasa lze přeměnit na energii různými procesy, včetně:
• Přímého spalování.
• Termochemické přeměny (pyrolýza, zplyňování).
• Chemické konverze (transesterifikace).
• Biologické přeměny (fermentace na etanol).
• V roce 2023 biomasa představovala v USA asi 4 978 TBtu energie.
• Průmyslový sektor byl největším spotřebitelem biomasy.
• USA jsou čistým vývozcem energie z biomasy, s exportem dřevěných pelet.