Jakiś czas temu napisałem o wskaźniku EROEI, który określa efektywność energetyczną produkcji różnych paliw. Dziś przedstawię, jak wygląda ten wskaźnik na przykładzie jednej konkretnej instalacji produkującej w Polsce etanol.
A wynosi on dla samego procesu przeróbki kukurydzy na etanol 1,55, czyli wkładając 100 kWh energii w proces produkcji etanolu otrzymujemy 155 kWh energii w formie wartości opałowej czystego alkoholu etylowego. Tak naprawdę, to produkowany jest spirytus o zawartości alkoholu tylko 92%, usunięcie reszty wody zużywałoby jeszcze dodatkową porcję energii. A zatem wskaźnik ten byłby niższy.
Oczywiście będzie też niższy, gdy uwzględnimy (a powinniśmy!) wydatek energetyczny na wyprodukowanie tej kukurydzy i jej przywiezienie do zakładu produkcji etanolu. Mam dziwne wrażenie, że po uwzględnieniu tego wskaźnika okazałoby się, że EROEI jest w okolicy jedności, a nawet nieco mniejszy.
Jeśli chodzi o pozostałe ciekawe wskaźniki dla tej instalacji, są one następujące:
- efektywność przerobu skrobi — 81%,
- ilość kukurydzy potrzebna do wyprodukowania 1 litra 100% etanolu — 3,4 kg.
W ciągu miesiąca gdy badano instalację, przerobiła ona 1 003,3 Mg [megagram, czyli ton — przyp. KL] kukurydzy, po usunięciu z niej 41,8 Mg zanieczyszczeń. Do przeróbki tej ilości kukurydzy zużyto:
- 5 990 kWh energii elektrycznej w węźle oczyszczania surowca,
- 45 518,4 kWh energii elektrycznej do jego zmielenia,
- 81 360 kWh energii elektrycznej i 2 567 124 MJ ciepła pod postacią pary wodnej w węźle zacierania,
- 11 520 kWh energii elektrycznej i niezmierzoną ilość pary wodnej do dezynfekcji kadzi w węźle fermentacji,
- 6 192 kWh energii elektrycznej i 667 800 MJ ciepła w węźle rektyfikacji.
Łącznie zużyto ok. 3 777 GJ ciepła i energii elektrycznej. Jeśli kogoś interesuje źródło tych informacji, to zaczerpnąłem je z artykułu „Wskaźniki efektywności wybranej instalacji produkcji bioetanolu”.
Ekologiczne biopaliwa? Chyba tylko przy produkcji we własnym zakresie w prostych instalacjach ogrzewanych byle czym przy dużym nakładzie własnej pracy…
Z jakiego powodu są tu użyte takie dziwne jednostki miary ? Nie można było napisać o tonach, co jest bardziej przystępne dla zwykłego zjadacza chleba ?
Wychodzi na to, ze wyprodukowano około 295 ton etanolu. Wychodzi na to że wyprodukowano ponad 364 000 litrów etanolu. Brakuje informacji czy użyto tylko ziarna kukurydzy, czy całych roślin. Obstawiam drugą opcje. Otrzymujemy średnio 60 ton z hektara. Chociaż są tereny i lata gdzie plon wynosi ponad 90 ton. Oczywiście mówię o Polsce, bo na świecie te zbiory są jeszcze większe. Czyli potrzeba 16,5 hektara.
Ciepło potrzebne do całego procesu wcale nie musi mieć jakiś wielkich parametrów. W Polsce ogromne ilości ciepła są marnotrawione z elektrowni i podgrzewają atmosferę. Z powodzeniem można je wykorzystać.
Ma być czysto, to proszę bardzo. Zamiast ciepła z elektrowni możemy je zastąpić ciepłem ze spalania słomy, której u nas pod dostatkiem (na polach co roku leży ekwiwalent 12-15 mln ton węgla). Oczywiście Ktoś może powiedzieć, że słoma jest potrzebna gospodarzom. Nie ma problemu. Ciepło bierzemy z biogazowni gdzie i tak w większości nie będzie wykorzystane. Energie elektryczną również. Biogazownie zasila obornik (słoma z pól) + pozostałości po fermentacji kukurydzy. Rolnik na koniec otrzymuje etanol, certyfikaty za wykorzystanie ciepła odpadowego przy produkcji energii elektrycznej i doskonałej jakości nawóz naturalny np pod kukurydzę. Można? Można!
Dodatkowo wyobraźmy sobie silnik zaprojektowany pod bioetanol. Mały, o małej pojemności wysoko doładowany. Jakiś bi-turbo, dzięki wysokiej liczbie oktanowej bioetanolu. Dzięki temu mocny, o wysokiej sprawności. Spalający tyle samo, lub mniej co tradycyjny silnik benzynowy.
Ktoś powie koszty. OK.
Po pierwsze. Ile rocznie płacimy za zakupy ropy naftowej. A ile przez 20 lat ? Ja nie mowie o całkowitej samowystarczalności pod tym względem, ale chociaż o częściowej. Te pieniądze zostaną w gospodarce i będą pracować.
Po drugie. Stworzenie dodatkowych miejsc pracy.
Po trzecie. I tak musimy przeznaczyć ogromne pieniądze w odbudowę systemu elektroenergetycznego. Tak czy siak koszty będą.
Po czwarte. Limity CO2. Czy istnieje globalne ocieplenie, czy nie płacić będziemy.
Po piąte. Są na to dotacje z Unii.
Po szóste. Wyższa sprawność naszego systemu energetycznego. W tej chwili 2/5 całej produkcji elektryczności to straty w systemie plus energia potrzebna na wydobycie węgla, dostarczenie i funkcjonowanie wszystkich elektrowni.
Po siódme. Większe bezpieczeństwo energetyczne poprzez energetykę rozproszoną. Awaria jednego źródła nie wpłynie na destabilizacje całego systemu.
Ktoś może powiedzieć, że to wpłynie na ceny żywności. Spoko. Kukurydzę można zastąpić np. Słonecznikiem Bulwiastym. Jeszcze wyższe plony biomasy, oraz jeszcze niższe wymagania glebowe. Dodatkowo jest rośliną praktycznie niejadalną.
Ropa kiedyś się skończy. To fakt. Ale jeszcze gorszą rzeczą jest wysokie uzależnienie się od paliw i przy możliwych alternatywach nic nie robienie z tym. Skoro my możemy dać 5 zł za litr benzyny przy średnich zarobkach 1500-2000 zł, to i Niemiec będzie mógł dać 5 euro za litr przy zarobkach 1500-2000 euro miesięcznie. Ta sama skala. Tylko, ze wtedy u nas litr będzie kosztował… 😉 I niech nikt nie mówi, że to nie jest możliwe. Bodajże w 1999 roku za litr ON płaciłem 1,46 zł. 10 lat, 3 krotny wzrost. Dlatego w 2020 roku 15 zł za litr może wcale nie szokować. 🙂
@sebaa: tak naprawdę, to powinno się używać właśnie megagramów (Mg) a nie ton, ale to trochę zboczenie zawodowe. Uzupełniłem o wyjaśnienie, że 1 Mg = 1 t. 🙂
O ile się nie mylę, użyto w tym procesie ziarna kukurydzy, a nie całych roślin.
Nie przypuszczam, byś był w stanie wykorzystać do destylacji ciepło niskotemperaturowe, jakie możesz odzyskać z elektrowni (skraplacze pracują na temperaturach rzędu 30°C). Może do innych celów w tym procesie produkcyjnym by się takie ciepło nadało, nie znam się na tym. Za to z całą pewnością można byłoby wykorzystać resztki po produkcji kukurydzy, choćby właśnie słomę.
Słonecznik bulwiasty, czyli topinambur, nie jest niejadalny, a wręcz przeciwnie. Za to rzeczywiście wydaje się być lepszym surowcem do produkcji etanolu, niż kukurydza, bo i bulwy można wykorzystać, i część nadziemną.
Osobiście mam wątpliwości, czy to właśnie etanol powinien nam służyć jako alternatywa dla paliw benzynowych, bo jego produkcja jest bardzo kłopotliwa i kosztowna. Łatwiej kupić diesla i jeździć nim na surowym oleju roślinny, prosto z tłoczni. 😉
A dlaczego niskotemperaturowe ? Para na wylocie z turbin niskiego stopnia ma jeszcze wysoką temperaturę. Myślę, ze część energii dałoby się odzyskać, a dopiero później skroplić parę w skraplaczu.
Ja nie napisałem, że jest całkowicie niejadalny. Ale jego używanie budzi mniejsze kontrowersje niż używanie zbóż czy też kukurydzy. W naszym regionie może najwyżej być dodatkiem, a nie podstawowym składnikiem wyżywienia.
Ja nie popieram etanolu. Ja się ustosunkowuje do artykułu, że nie taki diabeł straszny i jeśli się chce, to można. A nie się załamywać i płacić bo „nie ma alternatywy”.
Oczywiście, że można lać surowy olej. Ale nalej ten olej do 3-5 letniego diesla średniej klasy. Może być nieciekawie. 🙂 Ja nie neguje biopaliw, ale w tej chwili i formie żadne z nich nie jest alternatywą. Weźmy biodiesla. Liczone i szukane na szybko, dlatego mogą być błędy i proszę się nie sugerować. To tak tylko żeby dać pogląd.
Z jednego hektara przy dobrym plonie otrzymujemy około 4 ton rzepaku. Przyjmujemy optymistycznie, że z 1 tony rzepaku otrzymujemy 350 kg (ponad 400 litrów) gotowego biodiesla. Czyli z 1 h 1400kg. Krajowe zużycie oleju napędowego wynosi około 12 000 000 ton. Czyli gdyby chcieć pokryć całe zapotrzebowanie biodieslem trzeba by było obsiać 8 571 428 hektarów. Przy powierzchni lądowej polski wynoszącej niecałe 31 200 000 hektarów wychodzi, że ponad 1/4 całej powierzchni powinna zostać obsiana rzepakiem tylko i wyłącznie żeby wystarczyło na krajową obecną konsumpcje. 🙂
Jako ciekawostkę powiem, że widziałem ostatnio na targach ciągnik rolniczy przystosowany do pracy na biogazie. Zwykły diesel pracujący na mieszaninie 15% ON i 85% biogazu. O kilka koni słabszy od analogicznego modelu 100% ON. Wyglądem różnił się tym, że pod kabiną po prawej stronie miał pudło wielkości zamrażalnika w lodówce. Producent zapewniał, że zbiornik wystarczy do około 3 godzinnej pracy pod pełnym obciążeniem. A jako ciekawostkę podawał, że z 1 ha buraków cukrowych możemy otrzymać 8-10 tys m3 biogazu, który jest odpowiednikiem 5-8 tys litrów ON..
@sebaa: para na wylocie z ostatniego stopnia turbiny jest już mocno mokra i skraplana właśnie w temperaturach rzędu 30-35°C…
Jasne, że biopaliwa nie są dziś alternatywą dla paliw ropopochodnych. Nie są i prawdopodobnie nigdy nie będą, może tylko na małą skalę pojedynczych samowystarczalnych gospodarstw.
Biogaz i gaz drzewny robione z produkowanych na miejscu odpadów wydają mi się jedynym rozsądnym wyjściem.
Panie Krzyśku, nie znam tematu dogłębnie, ale nie powiem zawsze mnie to intrygowało. Oczywiście mogę być w błędzie, ale ludzką rzeczą jest się mylić. Skoro czynnik roboczy opuszczając ostatni stopień turbiny ma postać gazową, więc musi mieć jakąś energię. Chyba nie panują tam jakieś ekstremalnie niskie ciśnienia. 😉 Z ostatniego stopnia trafia do wymiennika ciepła zwanego skraplaczem. Tam następuje przejście ze stanu gazowego w stan ciekły. Właśnie ten wymiennik ciepła odbiera energię pary wodnej i na wyjściu tego wymiennika chłodziwo (skraplacza które trafia np. do chłodni kominowej) może mieć temperaturę jaką Pan podaje. Dodatkowo po co schładzać w skraplaczu czynnik roboczy powiedzmy poniżej 80 stopni, skoro za chwilę on trafi do kotła i zostanie z powrotem zamieniony w parę. A chyba łatwiej „zagotować” wodę od 80 stopni, niż od 30.
Ja miałem na myśli wstawić jakiś wymiennik ciepła za ostatnim stopniem turbiny a przed skraplaczem. Przepływająca jeszcze para odda część swojego ciepła. Układ nie duży, którego zadaniem nie będzie skroplenie pary, ale odebranie od niej części energii. A tym samym chłodziwo (wymiennika) będzie mogło mieć „wyższe” temperatury potrzebne do fermentacji i destylacji. Gdyby chłodziwo wymiennika miało za niską temperaturę do destylacji, to przecież zawsze lepiej używać wstępnie podgrzanej wody, niż grzać „nową”. Para po opuszczeniu wymiennika uda się do skraplacza i tam nastąpi właściwy proces skroplenia.
Nie wiem czy w taki sposób nie działa czasami elektrociepłownia. Z tego co pamiętam, tam są jakieś turbiny z upustami, czy coś takiego. Ale nigdy nie zgłębiałem się w to.
@sebaa: właśnie sęk w tym, że w skraplaczu (i za ostatnim stopniem turbiny) panuje całkiem głęboka próżnia z ciśnieniami rzędu 0,05 atmosfery. Dzięki temu temperatura nasycenia pary wodnej spada z normalnych 100°C do znacznie niższej. Ta próżnia jest po to, by skraplać parę wodną przy jak najniższych temperaturach, co podnosi sprawność termodynamiczną obiegu elektrowni parowej.
W elektrociepłowniach ciepło pobiera się albo z upustów, albo po prostu eliminuje kilka ostatnich stopni turbiny. Wtedy ciepło można odbierać przy wyższych temperaturach.
Do produkcji etanolu z cala pewnoscia uzyto tylko ziarna kukurydzy. Powod
jest prosty – cale lodygi nie nadaja sie do tego celu, mozna z nich zrobic
co najwyzej biogaz. A ziarno to w przyblizeniu 10% mokrej masy. W zwiazku z
tym areal bedzie 10x wiekszy, w przykladzie nie 16 lecz 160 ha. Chociaz jak
sie zechce, to da sie znalezc cieplo do destylacji (idealne wydaja sie
biogazownie z silnikiem tlokowym), ale kuczowy jest areal. I nie chodzi o
„watpliwosci etyczne” zwiazane z przerobem zywnosci na paliwo. IMHO sa one
czysto wirtualne, biopaliwa II-giej generacji w pewnych okolicznosciach sa
bardziej niebezpieczne nawet od przerobu chleba na bioetanol. Wyobrazmy sobie,
ze wiekszosc swiata opanowala susza jak w br. w Rosji. Plony ledwo
wystarczaja na zaspokojenie popytu wewnetrznego, wiec wszyscy zablokowali
eksport zboz i nie ma gdzie uzupelnic zapasow. Jezeli na polach bedzie rosl
rzepak, kukurydza czy nawet topinambur na cele energetyczne, to da sie je
zjesc. Ale malwy pensylwanskiej czy miskanta nie zjemy. Moze ktos uznac co
napisalem za demagogie, ale stoimy u progu globalnego spadku produkcji
rolnej. Przyczyn jest wiele, podstawowa bedzie droga ropa. Zastapienie jej
przez rownie drogie biopaliwa niczego nie zmieni. Tym co z cala pewnoscia
sie zmieni bedzie struktura wydatkow, coraz wiecej zajmie zywnosc, a paliwa
beda sukcesywnie spadac. W ten sposob dojdziemy do sytuacji, ze nikt przy
zdrowych zmyslach nie przeznaczy dobrego ziarna na paliwo, ani nie obsadzi
dobrej ziemi chwastami przeznaczonymi do spalenia 🙂
Nie chcę się czepiać, ale nie wolno mieszać i sumować energii cieplnej z elektryczną. Bilans powinien więc wyglądać tak – zrobiono około 295 tys litrów spirytusu, zużyto 3235 GJ ciepła i 542 GJ energii elektrycznej. Na zrobienie tej energii elektrycznej zużyto około 1626 GJ ciepła (zakładam optymistycznie sprawność netto 1/3), czyli w sumie ciepła zużyto 4861GJ na zrobienie 5826GJ, stąd EROEI= 1.2
Jak to się trzeba natyrać, żeby zyskać te 20%…
C.
ps. W kondensatorze el. kondensacyjnej jest około 4kPa (to nie pomyłka! cztery kilopaskale) ciśnienia absolutnego, dosyć przyzwoita próżnia. Temperatura pary to jakieś 20-35°C w zależności od pory roku. Tego ciepła naprawdę nie da się do niczego wykorzystać.
Oczywiście sensowne byłoby postawienie elektrociepłowni do napędzania procesu spirytusowego i to pewnie znacząco poprawiłoby jego sensowność i EROEI.
Apendyks
Powtórzę za stroną
http://www.farmer.pl/produkcja-roslinna/zboza/slodycz-zapuszkowana,890.html
Na dole mamy informację o całkowitym zużyciu paliwa przy uprawie i zbiorze kukurydzy: 70 litrów na hektar! Przeliczone z olenu napędowego na spirytus to byłoby jakieś 140 litrów. Z hektara zbiera się u nas około 6 ton ziarna, z czego uzyskuje się 1765 litrów.
Jak to podsumować, to produkcja etanolu na cele paliwowe jawi się raczej jako dość skomplikowana technologia upłynniania paliw stałych, niż coś co daje jakikolwiek zysk energetyczny…
Dzięki Panowie za wyjaśnienie w sprawie skraplaczy. 🙂 Nie sądziłem, że tam jest aż tak niskie ciśnienie.
Nie od dziś wiadomo, ze biopaliwa nie są żadną alternatywą. Przynajmniej w obecnej formie. Ale niestety biopaliwa mają rozsądną „gęstość” energii. Nie wiem czy kiedykolwiek da się tak dopracować technologie akumulatorów i baterii, że przebije biopaliwa w ilości przechowywanej energii na kilogram masy. I EROEI nie musi być większy od jedności. Jeśli pozyskamy (a myślę, że to jest w zasięgu naszych możliwości) ogólnodostępne źródło taniej energii, to nikogo nie będzie obchodzić, że produkcja 1 litra etanolu pochłania więcej energii, niż z niej uzyskujemy. Oraz powinniśmy już chyba zarzucić rozwijanie tłokowych silników cieplnych na rzecz ogniw paliwowych. Chociaż mi byłoby ciężko zamienić piękny odgłos pracującej widlastej szóstki, na specyficzne brzęczenie silnika elektrycznego. 😉