Spis treści
Biomasa jest jednym z głównych filarów globalnej transformacji energetycznej i rozwoju zrównoważonych materiałów. Obejmuje całą materię organiczną pochodzenia roślinnego, zwierzęcego lub mikrobiologicznego, która jest obecna w danym ekosystemie w danym czasie. Energetyczne i materiałowe wykorzystanie biomasy umożliwia redukcję kopalnych źródeł energii i stanowi znaczący wkład w dekarbonizację i gospodarkę o obiegu zamkniętym [Osman i in., 2021].
Złożoność biomasy – od pozostałości drzewnych po odpady rolnicze i biogenne frakcje mieszane – stwarza różne wyzwania techniczne, ekologiczne i ekonomiczne [Mahapatra i in., 2021]. Aby w pełni wykorzystać potencjał, wymagana jest precyzyjna charakterystyka analityczna: metody analizy termicznej, takie jak TGA i DSC, odgrywają tutaj kluczową rolę.
Skład i charakterystyka biomasy
Podstawowa struktura biomasy składa się z celulozy, hemicelulozy i ligniny. Polimery te określają właściwości mechaniczne, termiczne i energetyczne materiału źródłowego [Barot, 2022]:
-
Celuloza tworzy stałą matrycę jako polimer glukozy.
-
Hemiceluloza zawiera rozgałęzione struktury cukrowe (np. ksylany).
-
Lignina to złożony, trójwymiarowy polimer alkoholi aromatycznych, który zapewnia wytrzymałość i hydrofobowość.
Skład różni się w zależności od rodzaju rośliny, wieku i stopnia dojrzałości. Dodatki takie jak wilgoć, popiół, azot i siarka wpływają na jakość spalania, emisje i wydajność energetyczną. Nowoczesna technologia analizy rejestruje te parametry w celu oceny przemysłowej i kontroli jakości [Linseis, 2025].
Wykorzystanie energii i materiałów
Bioenergia w liczbach i rozwoju
Biomasa stanowi znaczną część koszyka energii odnawialnej w Niemczech i Europie: Ponad 60% jest wykorzystywane do produkcji energii – jako bezpośrednie paliwo do produkcji ciepła i energii elektrycznej lub w biogazowniach [Berlin, 2025]. Pozostała część jest wykorzystywana do utylizacji materiałów lub jako substrat do produkcji gazu syntezowego i wodoru [DBFZ, 2025].
Jeśli chodzi o strategię polityczną, nacisk przenosi się na zrównoważoną integrację systemu. Celem jest uniknięcie konkurencyjnych zastosowań, inteligentne wykorzystanie przepływów materiałów resztkowych i ocena całego cyklu życia z perspektywy środowiska i zasobów [Mahapatra i in., 2021].
Przemysłowe obszary zastosowań
Wytwarzanie energii: Wykorzystanie jako paliwo w elektrowniach lub do wytwarzania ciepła procesowego.
Biopaliwa: Produkcja bioetanolu i biodiesla z cukru i olejów.
Chemikalia: Biogenne chemikalia platformowe, podstawowe materiały dla przemysłu tworzyw sztucznych i farmaceutycznego.
Nowoczesne procesy: Piroliza, hydrotermalna karbonizacja, zgazowanie do produkcji gazu syntezowego i „zielonego” wodoru [Barot, 2022][Mahapatra et al., 2021].
Metody analizy termicznej: TGA, DSC i EGA
Zachowanie termiczne i kinetyczne biomasy jest oceniane przy użyciu sprawdzonych metod:
Analiza termograwimetryczna (TGA): Wychwytuje straty masy profile rozkładu i składniki lotne w funkcji temperatury. Można ją wykorzystać do określenia zawartości wilgoci, punktów rozkładu celulozy/hemicelulozy/ligniny i obrazu popiołu [Osman et al., 2021][Linseis, 2025].
Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC): Mierzy przepływ energii i pojemność cieplną podczas endotermicznych i egzotermicznych procesów, np. pirolizy, spalania lub parowania [Barot, 2022].
Analiza wydzielanych gazów (EGA): Identyfikuje i określa ilościowo uwolnione gazy za pomocą sprzężonej spektrometrii masowej lub detekcji w podczerwieni .
Połączenie tych procesów dostarcza informacji na temat dystrybucji produktu, kinetyki i potencjału optymalizacji dla zastosowań przemysłowych – od kontroli procesu po rozwój nowych cykli materiałów bioenergetycznych.
Technologia Linseis: rozwiązania dla praktycznych zastosowań
Analizatory Linseis zapewniają badaczom i partnerom przemysłowym precyzyjne narzędzia do:
różnych rodzajów próbek (słoma, liście oliwek, pozostałości) w zmiennych warunkach atmosfery i ciśnienia,
specyficzna kinetyka rozkładu, wilgotność resztkowa i zawartość popiołu,
jakość produktu w produkcji bioenergii, gazu syntezowego lub chemikaliów platformowych.
Praktyczny przykład: symulowane eksperymenty zgazowania mogą być wykorzystywane do mapowania procesów reaktora na dużą skalę w skali laboratoryjnej i optymalizacji ich w ukierunkowany sposób – na przykład w odniesieniu do wydajności energetycznej, emisji i jakości produktu [Linseis, 2025].
Normy i standardy
Normy takie jak ASTM E1131 (analiza składu termicznego), ASTM E1641 (kinetyka rozkładu za pomocą Ozawa-Flynn-Wall) i E2008 (pomiar lotności) zostały ustanowione na całym świecie. Zapewniają one porównywalność i jakość danych pomiarowych oraz stanowią podstawę do projektowania zrównoważonych projektów bioenergetycznych i certyfikacji nowych materiałów.
Badania, trendy i perspektywy
Aktualne trendy obejmują:
Produkcja wodoru z pozostałej biomasy,
Rozwój koncepcji inteligentnej bioenergii,
Integracja bioenergii z regionalnymi łańcuchami wartości i procesami przemysłowymi,
Oceny cyklu życia w celu oceny potencjału gazów cieplarnianych i wpływu na środowisko [Osman i in., 2021] [DBFZ, 2025].
Międzynarodowe projekty badawcze zwiększają konkurencyjność produktów biogenicznych w porównaniu z materiałami kopalnymi i pomagają ustanowić nowe procesy i standardy.
Co odróżnia biomasę od paliw kopalnych?
Biomasa pochodzi z zasobów odnawialnych i przyczynia się do gospodarki o obiegu zamkniętym, podczas gdy paliwa kopalne opierają się na ograniczonych złożach [Osman i in., 2021].
Jaką wartość dodaną oferuje analiza termiczna w praktyce?
Umożliwia precyzyjną i niezawodną kontrolę jakości, optymalizację procesów oraz opracowywanie nowych produktów i procesów – od biopaliw po innowacyjne rozwiązania materiałowe [Barot, 2022][Linseis, 2025].
Jak zrównoważona jest biomasa?
Zrównoważony rozwój zależy od integracji systemu, aspektów użytkowania gruntów i procesów cyrkulacyjnych. Nowoczesne oceny uwzględniają cały cykl życia i wpływ na środowisko [DBFZ, 2025][Mahapatra et al., 2021].
Jaką rolę odgrywa technologia Linseis w biogospodarce?
Linseis oferuje zaawansowane narzędzia do analizy termicznej surowców biogenicznych, umożliwiające opracowanie praktycznych rozwiązań dla badań, przemysłu i zapewnienia jakości środowiska [Linseis, 2025].
Referencje:
Ahmed I. Osman, Neha Mehta, Ahmed M. Elgarahy, Amer Al-Hinai, Ala’a H. Al-Muhtaseb i David W. Rooney (2021): Konwersja biomasy na biopaliwa i ocena cyklu życia: przegląd. Energy & Environmental Science, Vol. 19, s. 4075-4118.
Sangita Mahapatra, Dilip Kumar, Brajesh Singh, Pravin Kumar Sachan (2021): Biopaliwa i ich źródła produkcji: przegląd czystszej, zrównoważonej alternatywy dla paliw konwencjonalnych w ramach powiązania żywności i energii. Energy Nexus, Vol. 4, 100036.
Dr Sunita Barot (2022): Biomasa i bioenergia: zasoby, konwersja i zastosowanie. W: Renewable Energy for Sustainable Growth Assessment, Rozdział 9.
DBFZ – Niemieckie Centrum Badań nad Biomasą (2025): Systemowy wkład biomasy. Online: www.dbfz.de/forschung
Linseis Messgeräte GmbH (2025): Raporty aplikacyjne i dokumenty techniczne dotyczące analizy termicznej biomasy. Online: www.linseis.com/wissen/biomasse/
Berlin.de (2025): Biomasa – Statystyki dotyczące wykorzystania energii i analiza potencjału. Online: www.berlin.de/klimaschutz/waermewende/biomasse/
