Drevo predstavuje jeden z najdostupnejších a najekonomickejších zdrojov tepla. V porovnaní s plynom môže vykurovanie drevom priniesť úsporu nákladov vo výške 40 až 60%. Kľúčovým faktorom pri využívaní dreva ako paliva je jeho vlhkosť, ktorá udáva podiel obsahu vody v dreve. Táto veličina zásadne ovplyvňuje výhrevnosť, teda energetický obsah dreva, a samotný proces spaľovania.
Čerstvo narúbané drevo, ktoré môže mať vlhkosť až 50%, je pre efektívne kúrenie nevhodné. Vysoká vlhkosť negatívne vplýva nielen na energetické vlastnosti dreva, ale aj na proces horenia, znižuje teplotu spaľovania a zvyšuje objem vzniknutých spalín. Vlhké drevo pri horení uvoľňuje vodu, čo ide na úkor jeho výhrevnosti. Nízka teplota spaľovania vedie k menšiemu množstvu odovzdaného tepla a slabšiemu ťahu komína.
Pri znížení vlhkosti dreva na minimum (ideálne 10-15%) dochádza k takmer bezdymovému horeniu, ľahšiemu zapáleniu a výrazne menšiemu množstvu popola (okolo 1-2% hmotnosti dreva). Popol z dreva je na rozdiel od popola z uhlia nesúdržný a vhodný na hnojenie.
Správne skladovanie a sušenie dreva
Základom pre dosiahnutie optimálnej kvality a výhrevnosti dreva je jeho správne skladovanie. Drevo má jedinečnú schopnosť uchovávať svoju energiu a po spílení a vhodnom uskladnení si ju vďaka procesu sušenia môže aj zvyšovať. Doba sušenia sa líši v závislosti od konkrétnej dreviny.
Vlhké drevo s hmotnosťou 1 kg obsahujúce 0,5 kg vody má nižšiu koncentráciu aktívnej horľavej látky a tým aj nižšiu výhrevnosť. Znížením vlhkosti sa zvyšuje merné množstvo energie a výhrevnosť paliva.
Prirodzené sušenie prostredníctvom správneho uskladnenia je z finančného hľadiska najvýhodnejším spôsobom, ako zbaviť drevo vlhkosti. Ideálne je skladovať drevo na prevetrávanom mieste pod prístreškom, kde po približne dvoch rokoch môže dosiahnuť vlhkosť okolo 20%. V dobre vetranom drevníku je možné dosiahnuť túto hodnotu aj skôr, pričom dlhšie sušenie už neprináša výrazné pozitívne vplyvy, pokiaľ nie je drevo uskladnené vo vlhkom a stinnom prostredí. Prehriate drevo síce horí rýchlejšie a kvalita spaľovania sa môže zhoršiť, ale je stále lepšie ako spaľovať mokré drevo.
Za suché drevo vhodné na spaľovanie sa považuje drevo s obsahom vody menej ako 20%. Surové drevo môže mať vlhkosť až do 60%. Na vzduchu prirodzene preschnuté kusové drevo má vlhkosť okolo 20% po približne dvojročnom skladovaní.
Vplyv vlhkosti dreva na efektívnosť kúrenia:
| Vlhkosť dreva (%) | Strata energie v dôsledku odparovania vody (%) | Výhrevnosť (MJ/kg) |
|---|---|---|
| 10-15 | 0 | cca 18-19 |
| 20 | cca 5 | cca 17-18 |
| 30 | cca 15 | cca 15-16 |
| 40 | cca 25 | cca 13-14 |
| 50 | cca 35 | cca 11-12 |
| 60 | cca 45 | cca 9-10 |
Poznámka: Uvedené hodnoty sú orientačné.
Druhy drevín a ich energetické využitie
Pri výbere dreva na kúrenie je dôležitá nielen jeho vlhkosť, ale aj hustota a druh dreviny. Jednotlivé druhy dreva majú rozdielnu hustotu a tým aj hmotnosť, čo sa prejavuje v ich využiteľnej energii na priestorový meter (MJ/prm). Napríklad, na dodanie rovnakého množstva tepla je potrebné spáliť viac smrekového dreva ako bukového.
Tvrdé dreviny ako dub alebo buk obsadzujú popredné miesta z hľadiska dĺžky horenia, zatiaľ čo ihličnaté dreviny, obsahujúce značné množstvo živice, vydržia horieť kratšie. Tvrdé dreviny majú obvykle vyššiu výhrevnosť ako mäkké, pretože sú hustejšie.
Alternatívne formy drevného paliva
Okrem kusového dreva sa na výrobu energie hojne využívajú aj iné formy spracovaného dreva:
- Štiepky: Ide o 2-4 cm dlhé kúsky dreva, vyrábané drvením drevných odpadov (tenčiny z prerieďovania porastov, konáre, kôra). Majú rovnakú výhrevnosť ako drevo, z ktorého sú vyrobené, a vyznačujú sa rýchlym schnutím a relatívne nízkou cenou. Optimálna vlhkosť pre spaľovanie štiepok je 30-35%. Nižšia vlhkosť môže spôsobiť explozívny charakter horenia, zatiaľ čo vyššia vedie k nedokonalému spaľovaniu a spotrebe energie na odparovanie vody.
- Brikety: Sú to valcovité telesá (cca 15-25 cm) vyrobené z odpadovej biomasy drvením, sušením a lisovaním bez chemických prísad. Vďaka vysokej hustote (cca 1200 kg/m3) a výhrevnosti (19 MJ/kg) minimalizujú potrebný objem paliva a zjednodušujú manipuláciu. Kvalitné brikety horia jasným plameňom a žeravia priemerne štyri hodiny. Brikety z kôry môžu horieť až desať hodín.
- Pelety: Relatívne nová forma drevného paliva vo forme granúl (priemer 6-8 mm, dĺžka 10-30 mm). Vyrábajú sa z odpadového materiálu (piliny, hobliny) lisovaním pod vysokým tlakom bez chemických prísad. Majú nízku vlhkosť (8-10%), vysokú hustotu (min. 650 kg/m3) a energetickú hustotu (až 20 MJ/kg). Spaľovanie peliet je vysoko účinné a nezamoruje vzduch. Vzniknutý popol je kvalitným hnojivom.
Biomasa ako obnoviteľný zdroj energie
Biomasa, ktorá vzniká vďaka slnečnej energii, slúži ako jej akumulátor a umožňuje pomerne jednoduché a dlhodobé skladovanie energie. Napriek tomu je účinnosť premeny slnečného žiarenia na energiu z biomasy nízka (menej ako 1%).
Biomasa zahŕňa každý organický zdroj s viazanou chemickou energiou. V porovnaní s fosílnymi palivami je spaľovanie čerstvej biomasy takmer neutrálne z hľadiska emisií oxidu uhličitého, pretože množstvo CO2 uvoľneného pri horení sa rovná množstvu, ktoré rastliny počas rastu absorbovali z atmosféry. Túto uhlíkovú bilanciu však čiastočne ovplyvňuje energia spotrebovaná na ťažbu, dopravu a spracovanie.
Biomasa má oproti konvenčným aj iným obnoviteľným zdrojom energie výhody: je stabilným zdrojom s menšou závislosťou na výkyvoch počasia a vyžaduje relatívne nízke investičné náklady. Jej využitie podporuje regionálnu ekonomiku a oživuje poľnohospodársku činnosť.
Spracovanie biomasy a technológie spaľovania
Biomasa môže byť spracovaná na výrobu tepla, elektriny alebo plynných a kvapalných palív. Najbežnejším druhom biomasy na výrobu energie je drevo.
Spaľovanie je chemický proces rýchlej oxidácie, pri ktorom sa uvoľňuje teplo. Horľavé časti biomasy (celulóza, hemicelulóza, lignín) sa menia na oxid uhličitý a vodnú paru. Pri spaľovaní dreva sa najprv odparuje voda a následne sa pri vyšších teplotách uvoľňuje plyn (tzv. pyrolýzou). Tento plyn horí medzi roštom a komínom (sekundárne spaľovanie), pričom zvyšok dreva a uhlík sa mení na CO a CO2. Pre účinné spaľovanie je nevyhnutná dostatočná teplota, prívod vzduchu a čas na úplné spálenie paliva.
Pyrolýza je termochemický proces úpravy biomasy bez prítomnosti vzduchu, pri ktorom sa biomasa zohrieva na 300-500 °C. Výsledkom je palivo s vyššou energetickou hustotou (napr. drevné uhlie) a nižšími emisiami škodlivín. Moderné pyrolytické systémy dokážu zachytávať prchavé látky, ktoré môžu byť využité na výrobu elektriny.
Splyňovanie je proces výroby plynných palív z pevnej biomasy pri čiastočnom horení. Vzniká zmes plynov (vodík, oxid uhoľnatý, metán) s vysokou energetickou hodnotou, ktorá sa dá využiť na výrobu tepla, elektriny alebo pohonom motorových vozidiel. Splyňovanie prebieha v kotli s obmedzeným prístupom vzduchu, čo spôsobuje nedokonalé horenie. Drevosplyňovacie kotly dosahujú vysokú účinnosť (až 90%) a úsporu paliva až 40% oproti klasickému horeniu.
Ako funguje splyňovanie dreva - Heatmaster SS G-Series
Anaeróbna fermentácia (vyhnívanie) je biochemická premena biomasy bez prístupu vzduchu, pri ktorej sa uvoľňuje bioplyn (zmes metánu a oxidu uhličitého). Bioplyn sa využíva na výrobu tepla a elektriny v kogeneračných jednotkách. Efektivita závisí od stabilnej dodávky vhodnej suroviny, ako je hnoj, hnojovica, rastlinné odpady alebo bioodpad z domácností. Dôležité je správne zloženie vstupnej suroviny (pomer uhlíka a dusíka) a obsah sušiny nad 3%.
Využitie kalového plynu z čistiarí odpadových vôd (ČOV) je ďalším zdrojom bioplynu. Problémom môžu byť siloxány a sírovodík, ktoré poškodzujú technické zariadenia.
Porovnanie s plynom a inými palivami
V jednom metra kubickom zemného plynu je obsiahnuté rovnaké množstvo energie ako v dvoch kilogramoch suchého dreva alebo štyroch kilogramoch mokrého dreva. Hoci plyn je pohodlným palivom, jeho cena je v porovnaní s drevom vyššia.
Slama má vyššiu mernú výhrevnosť ako hnedé uhlie a využíva sa ako palivo v mnohých krajinách pre svoju ekologickosť a rentabilitu. Nevýhodou slamy je jej nehomogénne zloženie a veľký objem, čo komplikuje spaľovanie. Obsahuje tiež chlórové zlúčeniny, ktoré môžu spôsobovať koróziu.
Výhrevnosť dreva je porovnateľná s hnedým uhlím, ale kolíše podľa druhu dreva a vlhkosti. Pri rastlinných palivách je dôležité zvážiť aj energetickú náročnosť ich pestovania, zberu a spracovania.
