Badania stałych paliw wtórnych (SRF) dają pewność prawidłowej pracy instalacji i pomagają uniknąć jej awarii. Jak je badać, jakie są przy tym trudności i dlaczego jest to konieczne?
Podstawowymi parametrami opisującymi jakość paliwa alternatywnego są wilgoć całkowita i wartość opałowa. Informują one o zawartości wody w paliwie i o jego wartości energetycznej. Wartość opałowa jest parametrem wyliczanym na podstawie kilku składowych. Podstawą jest ciepło spalania, które informuje o ilości ciepła otrzymywanego przy całkowitym spaleniu określonej ilości paliwa.
Omawiany parametr oznaczany jest metodą kalorymetryczną. W celu wyliczenia wartości opałowej konieczne jest również oznaczenie takich parametrów jak: wodór, siarka i azot. Wymienione pierwiastki oznaczane są techniką wysokotemperaturowego spalania z detekcją TCD i/lub IR. Analiza elementarna prowadzona jest w oparciu o normy PN-EN ISO 21663:2021- 06, oraz PN-EN 15408:2011. Ostatnią składową konieczną do wyliczenia wartości opałowej jest zawartość wilgoci całkowitej oznaczanej np. metodą wagową w temperaturze 105oC zgodnie z normą CEN/TS 15414-1:2010. Badanie wartości opałowej i ciepła spalania wykonuje się w oparciu o normę PN-EN ISO 21654:2021-12.
Wyznaczenie wartości tzw. wilgoci paliw
Kolejnym bardzo istotnym parametrem, z punktu widzenia analityka w laboratorium badania paliw, jest wyznaczenie wartości tzw. wilgoci próbki w stanie analitycznym. Wartość ta uwzględniana jest przy przeliczeniach wartości badanych parametrów dla próbek w stanie suchym. Parametr ten dla takiej samej próbki może się różnić pomiędzy różnymi laboratoriami, ponieważ uwzględnia warunki otoczenia, w których wykonywane są badania. Wilgoć w stanie analitycznym wyznaczana jest na podstawie normy PN-EN ISO 21660-3:2021-08.
Następnym krokiem w analizach paliw jest przeliczenie wyniku na stan roboczy. Niezbędne jest do tego oznaczenie wilgoci całkowitej. Zarówno stan suchy, jak i stan roboczy powinny być porównywalne w poszczególnych laboratoriach.
Istotnym parametrem (przede wszystkim dla użytkownika instalacji) w badaniach jakości paliw alternatywnych jest również zawartość popiołu, która oznaczana jest zgodnie z normą PN-EN ISO 21656:2021-08. Powstały popiół jest odpadem niebezpiecznym, który trzeba odpowiednio zagospodarować, np. w przemyśle cementowym stanowi składnik klinkieru cementowego.
Zarejestruj się na Konferencję Biomasa i paliwa alternatywne w ciepłownictwie
Charakterystyka SRF
W ramach charakterystyki SRF wykonuje się również bardzo ważne z punktu widzenia pracy instalacji oznaczenie zawartości chloru. Chlor w paliwach jest czynnikiem korozyjnym i niszczącym instalację. Badanie to wykonywane jest przy wykorzystaniu np. metody chromatografii jonowej, zgodnie z normą: PN-EN 15408:2011.
W stałych paliwach wtórnych wykonuje się również badania zawartości rtęci w oparciu np. o normę PN-EN 15411:2011. Rtęć jest wysoce niebezpiecznym metalem dla zdrowia i życia ludzi, ale także dla całej instalacji. Powstające amalgamaty rtęci mogą prowadzić do niszczenia poszczególnych jej elementów.
Ostatnim i bardzo istotnym w związku z emisją CO2 do atmosfery parametrem charakteryzującym stałe paliwa wtórne jest zawartość frakcji biomasy, która wyznaczana jest wg normy PN-EN ISO 21644:2021-07. Parametr nazywany jest również udziałem masowym biomasy lub zawartością frakcji biodegradowalnej. Jest on bardzo ważny z punktu widzenia rozliczeń podmiotów spalających SRF w zakresie emisji CO2. W celu wyznaczenia zawartości frakcji biodegradowalnej (udział węgla biogennego np. metodą radioizotopu 14C) niezbędne jest oznaczenie węgla całkowitego w próbce (TC). Znając zawartość węgla całkowitego i zawartość węgla biogennego wyliczamy tzw. XBTC.
Zawartość węgla całkowitego
Parametr ten opisuje procentową zawartość węgla pochodzenia biologicznego względem węgla całkowitego. Na podstawie zawartości udziału frakcji biomasy oraz wartości opałowej i zawartości węgla całkowitego (TC) wyznaczane są wskaźniki emisji CO2 do atmosfery.
Przykład: badane paliwo charakteryzuje się zawartością TC na poziomie 50%, zawartość frakcji biodegradowalnej wynosi również 50%, co oznacza, że 25% węgla w próbce stanowi węgiel biologiczny, 25% to węgiel kopalny, a 50% to pozostałe składniki takie jak wodór, azot, siarka, popiół itd. Norma PN-EN 21640:2021 podaje klasyfikację stałych paliw wtórnych w podziale na 5 klas, gdzie opisane są wartości graniczne dla 3 parametrów paliwa: wartości opałowej, zawartości rtęci oraz zawartości chloru.
Czym są systemy EU ETS i KZR
Poza celami technologicznymi, poszczególne cechy paliwa określa się również w celach administracyjno-rozliczeniowych. Wykorzystanie paliw alternatywnych, w tym stałych paliw wtórnych, podlegają kontroli w związku z unijnym systemem handlu uprawnieniami do emisji tzw. EU ETS oraz systemem certyfikacji biomasy KZR – kryteria zrównoważonego rozwoju dla paliw biomasowych.
System EU ETS powstał w 2005 r., a jego głównym celem jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych przez wybrane sektory przemysłu. Zgodnie z założeniami pakietu Fit for 55, do 2030 r. planowane jest obniżenie emisji CO2 o co najmniej 55% względem poziomu z 1990 r. Finalnie w roku 2050 planuje się osiągnąć zerową emisję netto. Założenia Europejskiego Zielonego Ładu poszły o krok dalej i do 2030 roku planuje się ograniczyć emisję CO2 aż o 62%. Jak SRF może pomóc w osiągnięciu zakładanych celów? Podmioty spalające SRF w celach energetycznych np. cementownie – zlecają badania na zawartość frakcji biomasy w swoich paliwach.
Czytaj również: Systemy ruchomych podłóg w przemyśle drzewnym?
Na podstawie tego parametru oraz wartości opałowej i zawartości węgla wyliczane są wskaźniki emisji zgodnie z Rozporządzeniem wykonawczym Komisji (UE) 2018/2066 z dnia 19 grudnia 2018 r. w sprawie monitorowania i raportowania w zakresie emisji gazów cieplarnianych na podstawie dyrektywy 2003/87/WE Parlamentu Europejskiego i Rady oraz zmieniające rozporządzenie Komisji (UE) nr 601/2012. Wyróżniamy trzy wskaźniki: emisję całkowitą, emisję biogenną i emisję niebiogenną. Emisja biogenna pochodzenia biomasowego uznawana jest za zerową i z jej tytułu nie ponosi się opłat. Opłaty uiszcza się jedynie za emisję niebiogenną.
System KZR spełnia wymagania aktualnie obowiązującej dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych. W przypadku SRF – oparty jest na badaniach zawartości frakcji biomasy w paliwach. Badanie to potwierdza w jakiej części dane paliwo składa się z biomasy. Biomasa w SRF to najczęściej biomasa odpadowa, w jej przypadku ciężko prześledzić cały łańcuch dostaw, który potwierdzi, że pochodzi ze zrównoważonych źródeł.
Biomasa i paliwa alternatywne
Inne wydania Magazynu Biomasa znajdziesz tutaj. Dlatego kliknij i czytaj!
Tekst: mgr inż. Marcin Biernacki, Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych Centrum Inżynierii Środowiska, Opole
Zdjęcie: Shutterstock
Newsletter
Bądź na bieżąco z branżą OZE
