Κατανοήστε πώς είναι δυνατόν να μετατρέψετε τα οργανικά απόβλητα σε ηλεκτρική ενέργεια, τη λεγόμενη βιομάζα
Η βιομάζα είναι όλες οι οργανικές ύλες φυτικής ή ζωικής προέλευσης που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας, όπως ξυλάνθρακας, καυσόξυλα, ζαχαροκάλαμο μπασά, μεταξύ άλλων. Δεδομένου ότι είναι μια διασπαρμένη και χαμηλής απόδοσης πηγή ενέργειας, που παραδοσιακά χρησιμοποιείται σε λιγότερο ανεπτυγμένες χώρες, υπάρχει κάποια έλλειψη δεδομένων σχετικά με την αντιπροσωπευτικότητα αυτής της πηγής ενέργειας για τον παγκόσμιο ενεργειακό πίνακα. Ωστόσο, σύμφωνα με μια έκθεση της ANEEL, περίπου το 14% της ενέργειας που καταναλώνεται στον κόσμο προέρχεται από αυτήν την πηγή και, σύμφωνα με άλλη μελέτη του Jornal Brasileiro de Pneumologia, το 90% των νοικοκυριών σε αγροτικές περιοχές φτωχών χωρών χρησιμοποιούν ενέργεια από την καύση βιομάζας ( ξύλο, κάρβουνο, κοπριά ζώων ή γεωργικά απόβλητα), ιδίως στην υποσαχάρια Αφρική και την Ασία.
Η χρήση βιομάζας σε θερμοηλεκτρικά εργοστάσια γίνεται όλο και πιο συχνή και χρησιμοποιείται για να φτάσει σε περιοχές που δεν καλύπτονται από το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, όπως μεμονωμένες αγροτικές κοινότητες. Η χρήση συστημάτων συμπαραγωγής, τα οποία συνδυάζουν την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω βιομάζας και την παραγωγή θερμότητας, αυξάνοντας την ενεργειακή απόδοση των συστημάτων παραγωγής, έχει επίσης γίνει όλο και πιο κοινή.
Τι είναι η συμπαραγωγή;
Η βιομάζα, όπως ο άνθρακας ή το καυσόξυλο, είναι αυτό που κινεί μεγάλα μέρη θερμοηλεκτρικών γεννητριών. Ανεξάρτητα από τον τύπο καυσίμου και τον κινητήρα, αυτές οι γεννήτριες χάνουν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που περιέχεται στο καύσιμο με τη μορφή θερμότητας. Κατά μέσο όρο, η ενέργεια βιομάζας που χάνεται στο περιβάλλον με τη μορφή θερμότητας αντιπροσωπεύει το 60% έως 70% της συνολικής ενέργειας καυσίμου. Έτσι, η απόδοση της γεννήτριας είναι περίπου 30% έως 40%.
Καθώς πολλά κτίρια και βιομηχανίες απαιτούν θέρμανση (για το εσωτερικό περιβάλλον ή για θέρμανση νερού), αναπτύχθηκε ένα σύστημα συμπαραγωγής, μέσω του οποίου η θερμότητα που παράγεται κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενσωματώνεται στη διαδικασία παραγωγής με τη μορφή ατμού. Το κύριο πλεονέκτημα αυτού του συστήματος είναι η εξοικονόμηση καυσίμου για τη διαδικασία θέρμανσης. Έτσι, η ενεργειακή απόδοση του συστήματος αυξάνεται, φτάνοντας έως και το 85% της ενέργειας βιομάζας του καυσίμου.
Βιομάζα στη Βραζιλία
Επί του παρόντος, ο πόρος με τη μεγαλύτερη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί ως βιομάζα στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα είναι το μπαγκάσι από ζαχαροκάλαμο. Ο τομέας της ζάχαρης και του αλκοόλ παράγει μια μεγάλη ποσότητα αποβλήτων, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βιομάζα, κυρίως σε συστήματα συμπαραγωγής. Άλλες ποικιλίες λαχανικών με μεγάλες δυνατότητες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι το φοινικέλαιο, το οποίο έχει μέση ετήσια παραγωγικότητα ανά εκτάριο τέσσερις φορές υψηλότερη από εκείνη του ζαχαροκάλαμου, του buriti, του μπαμπασού και Αντίρομπα. Εμφανίζονται ως εναλλακτικές λύσεις για την προμήθεια ηλεκτρικής ενέργειας σε απομονωμένες κοινότητες, ειδικά στην περιοχή του Αμαζονίου.
Όταν η αιθανόλη παράγεται από ζαχαροκάλαμο, περίπου το 28% του ζαχαροκάλαμου μετατρέπεται σε μπαγάσ. Αυτή η βαγάσση είναι μια βιομάζα που χρησιμοποιείται συνήθως σε εγκαταστάσεις για την παραγωγή ατμού χαμηλής πίεσης, η οποία χρησιμοποιείται σε στρόβιλους αντίθετης πίεσης σε εξοπλισμό εξαγωγής (63%) και στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (37%). Το μεγαλύτερο μέρος του ατμού χαμηλής πίεσης που αφήνει τα φυτά χρησιμοποιείται για την επεξεργασία και τη θέρμανση του χυμού (24%) και στη συσκευή απόσταξης. Κατά μέσο όρο, κάθε συσκευή απαιτεί περίπου 12 kWh ηλεκτρικής ενέργειας, μια τιμή που μπορεί να παρέχεται από τα ίδια τα υπολείμματα βιομάζας. Άλλα γεωργικά απόβλητα με μεγάλες δυνατότητες να χρησιμοποιηθούν ως βιομάζα στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι φλοιό ρυζιού, καρύδια ανακαρδιοειδών και φλοιό καρύδας.
Διαδρομές μετατροπής βιομάζας
Οι πηγές βιομάζας μπορούν να ταξινομηθούν ως: ξυλώδη λαχανικά (ξύλο), μη ξυλώδη λαχανικά (σακχαρίτες, κυτταρινικά, άμυλα και υδρόβια), οργανικά υπολείμματα (γεωργικά, βιομηχανικά, αστικά) και βιορευστά (φυτικά έλαια). Οι διαδρομές μετατροπής βιομάζας είναι διαφορετικές και χάρη σε αυτές τις τεχνολογίες μετατροπής είναι δυνατή η απόκτηση αρκετών ποικιλιών βιοκαυσίμων όπως αιθανόλη, μεθανόλη, βιοντίζελ και βιοαέριο. Οι κύριες διαδικασίες μετατροπής βιομάζας είναι:
Άμεση καύση
Υλικά όπως το ξύλο και όλες οι ποικιλίες οργανικών αποβλήτων (γεωργικά, βιομηχανικά και αστικά) μπορούν να υποστούν καύση προκειμένου να παραχθεί ενέργεια. Η διαδικασία καύσης συνίσταται στη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε αυτές τις πηγές βιομάζας σε θερμότητα. Για ενεργειακούς σκοπούς, η άμεση καύση της βιομάζας γίνεται σε φούρνους και σόμπες. Παρά την πρακτικότητα, η διαδικασία άμεσης καύσης τείνει να είναι αρκετά αναποτελεσματική. Επιπλέον, τα καύσιμα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη διαδικασία έχουν γενικά υψηλή υγρασία (20% ή περισσότερο στην περίπτωση καυσόξυλων) και χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα, καθιστώντας δύσκολη την αποθήκευση και τη μεταφορά.
Αεριοποίηση
Είναι μια τεχνολογία που εφαρμόζεται στα αστικά και βιομηχανικά οργανικά απόβλητα και ξύλο. Η αεριοποίηση συνίσταται στη μετατροπή στερεών πηγών βιομάζας σε αέρια μέσω θερμοχημικών αντιδράσεων, που περιλαμβάνουν θερμό ατμό και αέρα ή οξυγόνο σε λιγότερο από τις ελάχιστες ποσότητες καύσης. Η προκύπτουσα σύνθεση αερίου είναι ένα μείγμα μονοξειδίου του άνθρακα, υδρογόνου, μεθανίου, διοξειδίου του άνθρακα και αζώτου, έτσι ώστε αυτές οι αναλογίες να ποικίλλουν ανάλογα με τις συνθήκες της διαδικασίας, ειδικά σε σχέση με τον αέρα ή το οξυγόνο που χρησιμοποιείται στην οξείδωση . Το καύσιμο που παράγεται από την καύση αυτής της βιομάζας είναι πιο ευέλικτο (μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κινητήρες εσωτερικής καύσης και επίσης σε στρόβιλο αερίου) και καθαρό (ενώσεις όπως το θείο μπορούν να αφαιρεθούν κατά τη διαδικασία) από τις εκδόσεις στερεών καυσίμων. Εκτός αυτού,Είναι δυνατή η παραγωγή συνθετικού αερίου από την αεριοποίηση, το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί στη σύνθεση οποιουδήποτε υδρογονάνθρακα.
Πυρόλυση
Η πυρόλυση, επίσης γνωστή ως ανθρακοποίηση, είναι η παλαιότερη διαδικασία μετατροπής μιας πηγής βιομάζας (συνήθως ξύλου) σε ένα άλλο καύσιμο (άνθρακας) με πυκνότητα ενέργειας διπλάσια από το αρχικό υλικό. Τα οργανικά κατάλοιπα γεωργικής προέλευσης υπόκεινται επίσης συχνά σε πυρόλυση - στην περίπτωση αυτή, τα υπολείμματα πρέπει προηγουμένως να συμπιεστούν. Η μέθοδος συνίσταται στη θέρμανση του υλικού σε περιβάλλον στο οποίο υπάρχει "σχεδόν απουσία" αέρα. Η πυρόλυση παράγει επίσης καύσιμο αέριο, πίσσα και πυρο-ξύλο, υλικά που χρησιμοποιούνται ευρέως στον βιομηχανικό τομέα. Το αποτέλεσμα της διαδικασίας διαφέρει σημαντικά από την κατάσταση του αρχικού υλικού (ποσότητα και υγρασία). Για την παραγωγή ενός τόνου άνθρακα, μπορεί να χρειαστείτε τέσσερις έως δέκα τόνους καυσόξυλου.
Μετεστεροποίηση
Είναι μια χημική διαδικασία που μετατρέπει τη βιομάζα φυτικών ελαίων σε ενδιάμεσο προϊόν, από την αντίδραση μεταξύ δύο αλκοολών (μεθανόλη και αιθανόλη) και μια βάση (υδροξείδιο νατρίου ή καλίου). Τα προϊόντα για διεστεροποίηση αυτού του τύπου βιομάζας είναι η γλυκερίνη και το βιοντίζελ, ένα καύσιμο που παρουσιάζει συνθήκες παρόμοιες με το ντίζελ και μπορεί να εφαρμοστεί σε κινητήρες εσωτερικής καύσης, για χρήση σε οχήματα ή σε στάση.
Αναερόβια πέψη
Όπως η πυρόλυση, η αναερόβια πέψη πρέπει να πραγματοποιείται σε περιβάλλον με "σχεδόν απουσία" οξυγόνου. Η αρχική βιομάζα υφίσταται αποσύνθεση από τη δράση των βακτηρίων, όπως συμβαίνει φυσικά με σχεδόν όλες τις οργανικές ενώσεις. Τα βιολογικά απόβλητα, όπως η κοπριά των ζώων και τα βιομηχανικά απόβλητα, μπορούν να υποστούν επεξεργασία μέσω αναερόβιας πέψης (αυτό που συμβαίνει απουσία οξυγόνου) σε βιοδιενεργούς. Η δράση των βακτηρίων προκαλεί την απαραίτητη θέρμανση για την αποσύνθεση, ωστόσο, σε περιοχές ή περιόδους κρύου, μπορεί να είναι απαραίτητη η εφαρμογή πρόσθετης θερμότητας. Το τελικό προϊόν της αναερόβιας πέψης είναι το βιοαέριο, το οποίο ουσιαστικά αποτελείται από μεθάνιο (50% έως 75%) και διοξείδιο του άνθρακα. Τα παραγόμενα λύματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως λίπασμα.
Ζύμωση
Είναι μια βιολογική διαδικασία που πραγματοποιείται με τη δράση μικροοργανισμών (συνήθως ζυμών) που μετατρέπουν τα σάκχαρα που υπάρχουν σε πηγές βιομάζας, όπως ζαχαροκάλαμο, καλαμπόκι, τεύτλα και άλλα είδη λαχανικών, σε αλκοόλ. Το τελικό αποτέλεσμα της ζύμωσης βιομάζας είναι η παραγωγή αιθανόλης και μεθανόλης.
Εφαρμογή της βιομάζας
Η βιομάζα θεωρείται ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και έχει χρησιμοποιηθεί για την αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων, όπως το πετρέλαιο και ο άνθρακας, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμοηλεκτρικές εγκαταστάσεις και για την εκπομπή χαμηλότερης ποσότητας ρυπογόνων αερίων σε σύγκριση με τα μη ανανεώσιμα. Ωστόσο, παρόλο που δεν είναι ορυκτά καύσιμα, σύμφωνα με μια μελέτη, η καύση βιομάζας είναι μια από τις μεγαλύτερες πηγές τοξικών αερίων στον κόσμο, σωματιδίων και αερίων του θερμοκηπίου.
Στην περίπτωση καύσης μεγάλων εκτάσεων, είτε πρόκειται για δάση, σαβάνες ή άλλους τύπους βλάστησης, η εκπομπή θείου οδηγεί σε αλλαγές στο pH του βρόχινου νερού, συμβάλλοντας στην εμφάνιση όξινης βροχής. Οι εκπομπές μεθανίου και διοξειδίου του άνθρακα συμβάλλουν στην εντατικοποίηση του φαινομένου του θερμοκηπίου, και εκείνος του υδραργύρου οδηγεί στη μόλυνση των υδρόβιων σωμάτων και επιτρέπει τον σχηματισμό μεθυλ-υδράργυρου, μιας ουσίας επιβλαβούς για την ανθρώπινη υγεία.
Η επαναλαμβανόμενη και παρατεταμένη έκθεση σε υλικό που παράγεται από τη διαδικασία καύσης βιομάζας σε εσωτερικούς χώρους (ξύλινες σόμπες, τζάκια κ.λπ.) έχει συσχετιστεί με αύξηση των οξέων αναπνευστικών λοιμώξεων στα παιδιά, η οποία θεωρείται σημαντική αιτία θνησιμότητας στις αναπτυσσόμενες χώρες. Επιπλέον, σχετίζεται επίσης με αύξηση των χρόνιων αποφρακτικών πνευμονικών παθήσεων, πνευμονοκονιοποίησης (ασθένεια που προκαλείται από εισπνοή σκόνης), πνευμονική φυματίωση, καταρράκτη και τύφλωση. Στην περίπτωση καύσης αχύρου από ζαχαροκάλαμο, ο πληθυσμός που κατοικεί στην περιοχή που περιβάλλει την καλλιέργεια ζαχαροκάλαμου εκτίθεται στη σκόνη από την καμένη βιομάζα για περίπου έξι μήνες καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους.
Για το λόγο αυτό, το Εθνικό Συμβούλιο Περιβάλλοντος (Conama) καθορίζει όρια εκπομπών για ατμοσφαιρικούς ρύπους από διεργασίες παραγωγής θερμότητας από εξωτερική καύση βιομάζας ζαχαροκάλαμου, γεγονός που καθιστά δυνατή τη ρύθμιση των εκπομπών και μετριασμός των κοινωνικοπεριβαλλοντικών επιπτώσεων που σχετίζονται με την καύση βιομάζας.
Η βιομάζα προσφέρει επίσης τη δυνατότητα παραγωγής από μια μεγάλη ποικιλία υλικών, παρέχοντας ευελιξία και ασφάλεια στην αγορά, σε αντίθεση με τα ίδια τα ορυκτά καύσιμα, κυρίως το πετρέλαιο. Ένα άλλο σημείο είναι ότι, όταν χρησιμοποιούν βιολογικά γεωργικά, βιομηχανικά και αστικά απόβλητα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, λαμβάνουν έναν πιο «βιώσιμο» προορισμό από την απλή διάθεση. Σύμφωνα με μια μελέτη, τα περισσότερα από τα γεωργικά υπολείμματα στη Βραζιλία είναι καλαμπόκι, σόγια, ρύζι και σιτάρι, τα δύο πρώτα είναι οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται συχνά για την παραγωγή βιοντίζελ.
Η Βραζιλία έχει ευνοϊκές συνθήκες για την παραγωγή ενέργειας από βιομάζα, όπως η ύπαρξη μεγάλων γεωργικών εκτάσεων, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή βιομάζας και δέχεται έντονη ηλιακή ακτινοβολία καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους. Ωστόσο, υπάρχει ανησυχία σχετικά με την παραγωγή βιοκαυσίμων πρώτης γενιάς, τα οποία χρησιμοποιούν απευθείας τη φυτική πρώτη ύλη. Σε αυτήν την περίπτωση, τα βιοκαύσιμα θα μπορούσαν να καταπολεμήσουν καταστάσεις ανταγωνισμού για αρόσιμη γη με τον γεωργικό τομέα, θέτοντας σε κίνδυνο την επισιτιστική ασφάλεια του πληθυσμού. Ένα άλλο ζήτημα που σχετίζεται με μεγάλες εκτάσεις γης είναι το ζήτημα της προστασίας του περιβάλλοντος. Εκτός από τον ανταγωνισμό με τη γεωργία, τα βιοκαύσιμα ενδέχεται να καταλήξουν να ασκήσουν πίεση σε περιοχές που προορίζονται για προστασία του περιβάλλοντος.
