Rynek granulatu, Ograniczenie emisji gazów cieplarnianych wymaga zwiększonego wysiłku w zakresie podwyższania sprawności w procesach wytwarzania i przetwarzania energii, a także – w coraz większym stopniu – zastępowania paliw kopalnych odnawialnymi zasobami energii.

Wśród tych ostatnich, biopaliwa stałe odgrywają i odgrywać będą bardzo istotną rolę ze względu na ich powszechną dostępność, a także proste sposoby przetwarzania i dostosowywania własności do potrzeb technologii i procesów spalania.

Dla zwiększenia wykorzystania biomasy do celów energetycznych poszukuje się nowych technologii, takich jak spalanie zrębków drzewnych, pyłu drzewnego, słomy, współspalanie węgla i drewna, gazyfikacja pyrolityczna drewna, słomy zbóż i innych roślin.

Także stosunkowo nową technologią, ciągle dynamicznie się rozwijającą, jest spalanie granulatu drzewnego. Produkcja granulatu drzewnego sprzyja wykorzystywaniu biomasy do celów energetycznych, głównie ze względu na łatwość magazynowania, dystrybucji i automatyzacji spalania. Ze względu na małą zawartość wilgoci, paliwo to nie ulega biodegradacji w czasie magazynowania, a duża gęstość nasypowa i sypkość ułatwiają transport, dystrybucję i zasilanie kotłów. Własności te spowodowały, że granulat jest używany także w miastach, gdzie z powodzeniem zastępuje olej opałowy w małych kotłach, służących do ogrzewania domów jednorodzinnych.

W porównaniu do drewna kawałkowego czy nawet suchych zrębków, uciążliwość wykorzystania granulatu została sprowadzona niemal do zera. Dystrybucja granulatu odbywa się – podobnie jak oleju opałowego – z cysterny do zbiornika zasilania kotła, a proces spalania przebiega całkowicie automatycznie. Dla bardziej wymagających użytkowników również odpopielanie paleniska jest zautomatyzowane. Możliwość kontroli i regulacji procesu spalania powoduje, że wskaźniki emisji gazów towarzyszących spalaniu, takich jak NOx, CO i węglowodorów są bardzo niskie i porównywalne do emisji ze spalania oleju i gazu.

Wszystkie wyliczone zalety, a także cena, decydują o tym, że granulat drzewny stał się paliwem konkurencyjnym głównie dla oleju opałowego, a także dla węgla, koksu i gazu. Rynek granulatu rozwija się bardzo dynamicznie w Europie i ma dzisiaj znaczący udział w rynku biopaliw, osiągając w roku 2003 poziom zużycia ponad 2,0 mln ton, co zobrazowano w tab. 1.

Dla porządku należy dodać, że produkcja granulatu w Stanach Zjednoczonych Ameryki i Kanadzie wynosi około 850 000 ton. W tabeli zamieszczono tylko te kraje, w których produkcja i zużycie granulatu są znaczące. W pozostałych krajach europejskich rynek granulatu jest we wstępnych fazach rozwoju.

Na rys. 1 przedstawiono ceny oleju opałowego w niektórych krajach europejskich, a także obecny przedział cen granulatu. Przez porównanie wielkości z tab. 1 i rys. 1 daje się zauważyć mocną zależność pomiędzy wielkością cen oleju a rozwojem rynku granulatu w poszczególnych krajach. Oczywiście ceny oleju nie są tu jedynym argumentem. O wielkości zużycia granulatu decydują też ceny i dostępność innych nośników energii, głównie gazu, jak również energii elektrycznej i węgla. Na wielkość produkcji zasadniczy wpływ mają zasoby leśne, dostępność odpadów drzewnych z przemysłu, rozmieszczenie fabryk płyt drewnopochodnych, fabryk celulozy i papieru oraz tradycje przetwórstwa odpadów drzewnych.

Cena granulatu

 

 

Opłacalna cena sprzedaży granulatu zawierać powinna koszty produkcji, zysk i podatek.
Przyjmując za zysk około 20%, podatek VAT 7% i dodając koszty obsługi kapitału, cena fabryczna granulatu winna wynosić około 300 zł/t, a cena detaliczna około 350 zł/t.
Cena energii zawartej w granulacie jest o połowę niższa od ceny energii zawartej w oleju opałowym i niewiele wyższa od ceny energii w węglu, co powoduje, że granulat jest paliwem konkurencyjnym w stosunku do oleju, a z uwzględnieniem korzyści ekologicznych – również i węgla.

System dystrybucji

W miarę rozwoju rynku winien się ukształtować system dystrybucji z dowozem do klienta specjalnym transportem, na wzór krajów europejskich. Dla zaspokojenia potrzeb mniejszych konsumentów granulatu, winny być utworzone punkty dystrybucyjne w miastach.

Dystrybucja granulatu prowadzona może być na dwa sposoby:
• sprzedaż w workach (10, 15 i 20 kg);
• sprzedaż luzem (paliwo dowożone jest specjalnymi cysternami lub ciężarówkami z naczepami, takimi jak do przewozu karmy dla zwierząt, i przesypywane do zbiornika zainstalowanego w pobliżu kotła).

Największe zainteresowanie granulatem jako paliwem winno być wśród użytkowników oleju opałowego. Granulat jest również konkurencyjny dla drogiego węgla spalanego w małych kotłach. Stosowanie granulatu w miejsce taniego węgla (miału) w dużych kotłach rusztowych i pyłowych nie znajduje w warunkach polskich uzasadnienia.

Dostępność urządzeń

Obecnie w Polsce kilka firm rozpoczęło produkcję palników granulatu do kotłów, kominków i pieców oraz kotłów wyposażonych w te palniki. Pojawiają się także sprzedawcy, oferujący palniki producentów zagranicznych. Są to palniki i kotły o mocach od 15 do 300 kW. Dla ogrzania domu jednorodzinnego potrzeba około 5 ton granulatu na rok, co pozwoli na zaoszczędzenie w stosunku do kosztów oleju opałowego około 2 000 zł / rok. Przy cenie instalacji od 6÷8 tys. zł, czas zwrotu inwestycji wynosi 3÷4 lat.

Własności granulatu

Rozróżnia się dwie grupy kryteriów charakteryzujących granulat: skład chemiczny i własności fizyczne. W pierwszej grupie określa się zawartość niektórych niepożądanych pierwiastków (Cl, N, S, K i metali ciężkich) oraz popiołu i wody. W grupie drugiej określa się wartość opałową i temperaturę topnienia popiołu oraz gęstość, wymiary, kształt, wygląd i inne.
Określenie jakości granulatu ściśle związane jest z rodzajem technologii spalania, do której granulat ma być użyty. Dla dużych kotłów wytrzymałość i zawartość drobnych frakcji jest mniej ważna, podczas gdy dla małych kotłów stosowanych w domach wytrzymałość (odporność na rozgniatanie i ścieranie) jest bardzo ważna do zapewnienia niezawodnej pracy urządzeń zasilających, kontroli procesu spalania oraz czystości pomieszczeń.

W tab. 3 zamieszczono normy obowiązujące na rynkach granulatu w Austrii, Szwecji i w Niemczech oraz zalecenia Pellet Fuels Institute w Stanach Zjednoczonych. Generalne zalecenia wszystkich norm dla gęstości, zawartości popiołu i wody oraz siarki, azotu i chloru, a także wartości opałowej są bardzo podobne. Tylko norma niemiecka dodatkowo definiuje dopuszczalne zawartości metali ciężkich i halogenów.

Obecnie przygotowywana jest norma europejska, dopuszczająca na rynek granulat o większych zawartościach popiołów i bardziej restrykcyjnie ograniczająca zawartości pierwiastków zanieczyszczających.

Wnioski

• Rozwój rynku granulatu przyczynia się do większego wykorzystania biomasy stałej w ogrzewnictwie, a tym samym wzrostu udziału odnawialnych zasobów energii w ogólnym bilansie energii.
• Następuje ciągły postęp w technologii produkcji i wykorzystania granulatu oraz poprawia się jego jakość.
• Granulat drzewny jest najbardziej ekologicznym paliwem ze wszystkich paliw stałych.
• Najbardziej zalecanym wykorzystaniem granulatu jest jego spalanie w automatycznych kotłach c.o., kominkach i piecach.

Literatura
1. Biomasse Holz ein nachwachsender Engierohstoff. Informationzentrum Energie, Baden Wuttemberg 2001.
2. An Integrated European Market for Densified Biamass Fuels in 2001.
3. Refined Biomass – a source for climate change and business opportunities. OPET, Sweden 2001.
4. Wood Pellets – Quality Criteria from Raw Material to Heat. Conference Proceeding, Saltzburg 2001.
5. Wood pellets in Europe, Umbera 2000.
6. European Pellets Conference 2004, 3÷4 March 2004. Wels, Austria.

---

Charakterystyka technologii produkcji granulatu

Proces produkcji opiera się zazwyczaj na operacjach technologicznych, takich jak: suszenie, mielenie, granulowanie, odsiew drobnych frakcji, pakowanie / magazynowanie.
Wytwarzanie granulatu odbywa się na stacjonarnych liniach produkcyjnych z użyciem pras rolkowych z perforowanymi matrycami. Surowcem do produkcji są trociny, wióry i zrębki. Na parametry produkcji, takie jak zużycie energii elektrycznej i ciepła, robociznę i zużycie maszyn, wpływ mają własności surowca, głównie wilgotność i zanieczyszczenie, oraz średnica otworów w matrycy. Przyjmuje się, że zużycie energii do produkcji wynosi od 8%, dla surowca suchego, do 30% dla surowca mokrego w odniesieniu do wartości opałowej.

Technologie produkcji

Suszenie. Surowiec nie może być granulowany jeżeli zawiera więcej niż 17% wilgoci. Zazwyczaj suszony jest do wilgotności około 12%. Do suszenia używa się najczęściej obrotowych suszarni bębnowych, ogrzewanych mieszaniną spalin i powietrza, parą wodną lub gorącym powietrzem. Znane są również techniki suszenia w suszarniach tunelowych i pionowych.
Mielenie. Surowiec musi być mielony, aby uzyskać w miarę jednorodny materiał przed procesem granulowania. Zazwyczaj do tego celu używane są młyny bijakowe. Młyn jest napędzany silnikiem elektrycznym, którego energia mechaniczna zamienia się w całości w ciepło, powodujące wstępne odparowanie surowca. Perforacja sita w młynie zależy od średnicy produkowanego granulatu. W zasadzie surowiec o zawartości cząstek większych od 3 mm, musi być mielony.
Granulowanie. Sypki materiał doprowadzany jest do maszyny granulującej, której głównym elementem jest obracająca się pierścieniowa matryca, wewnątrz której znajdują się walce przeciskające surowiec przez otwory w matrycy. Noże na zewnątrz matrycy przycinają granulat na odpowiednią długość. Spotyka się też granulatory z płaskimi matrycami i umieszczonymi na nich walcami.
Chłodzenie. Granulat opuszczający urządzenie granulujące posiada temperaturę 90÷95 °C. Aby zakończyć proces migracji wilgoci, stabilizacji kształtu i wytrzymałości, granulat musi być szybko schłodzony. Najczęściej stosowane są chłodnice powietrzne przeciwprądowe.
Odsiewanie drobnych frakcji. Pyły i inne drobne cząstki są odsiewane na sitach wibracyjnych i zawracane do procesu.
Pakowanie / magazynowanie. Granulat jest pakowany automatycznie do worków (np. 25 kg lub 50 kg) bądź składowany w silosach lub zamkniętych magazynach.
Główne warunki uzyskania wysokiej jakości granulatu: jednorodny surowiec; surowiec właściwie przygotowany w procesach mielenia i suszenia; odpowiedni do surowca dobór matrycy.
Typowe parametry urządzeń: suszarnie – moc źródła ciepła 1 MW / t odparowanej wody; młyn – 15 kW / t mielonego materiału; granulator – 60 kW / t granulatu.

---

dr inż. Edmund Wach