Izprotiet, kā ir iespējams organiskos atkritumus pārveidot par elektroenerģiju, tā saukto biomasu
Biomasa ir visa augu vai dzīvnieku izcelsmes organiskā viela, ko izmanto enerģijas ražošanai, piemēram, kokogles, malka, cukurniedru maisījums. Tā kā tas ir izkliedēts un zemas efektivitātes enerģijas avots, ko tradicionāli izmanto mazāk attīstītās valstīs, trūkst datu par šī enerģijas avota reprezentativitāti pasaules enerģijas matricā. Tomēr saskaņā ar ANEEL ziņojumu aptuveni 14% no pasaulē patērētās enerģijas nāk no šī avota, un, saskaņā ar citu Jornal Brasileiro de Pneumologia pētījumu, 90% nabadzīgo valstu lauku reģionu māju izmanto enerģiju, kas rodas no biomasas sadedzināšanas ( koksne, kokogles, dzīvnieku kūtsmēsli vai lauksaimniecības atkritumi), īpaši Subsahāras Āfrikā un Āzijā.
Biomasas izmantošana termoelektrostacijās ir kļuvusi aizvien izplatītāka un tiek izmantota, lai sasniegtu apgabalus, uz kuriem neattiecas elektroenerģijas piegādes tīkls, piemēram, izolētas lauku kopienas. Arī koģenerācijas sistēmu izmantošana, kas samierina elektroenerģijas ražošanu, izmantojot biomasu, ar siltuma ražošanu, palielinot ražošanas sistēmu energoefektivitāti, kļūst arvien izplatītāka.
Kas ir koģenerācija?
Lielu daļu termoelektrisko ģeneratoru pārvieto biomasa, piemēram, ogles vai malka. Neatkarīgi no degvielas veida un motora, šie ģeneratori siltuma veidā zaudē lielāko daļu degvielā esošās enerģijas. Vidēji videi zaudētā biomasas enerģija siltuma veidā veido 60% līdz 70% no kopējās degvielas enerģijas. Tādējādi ģeneratora efektivitāte ir aptuveni no 30% līdz 40%.
Tā kā daudzās ēkās un nozarēs nepieciešama apkure (iekšējai videi vai ūdens sildīšanai), tika izstrādāta koģenerācijas sistēma, caur kuru elektroenerģijas ražošanā saražotais siltums tvaika veidā tiek iekļauts ražošanas procesā. Šīs sistēmas galvenā priekšrocība ir degvielas ietaupījums apkures procesā. Tādējādi sistēmas energoefektivitāte palielinās, sasniedzot līdz 85% no degvielas biomasas enerģijas.
Biomasa Brazīlijā
Pašlaik resurss ar vislielāko potenciālu, ko izmantot kā biomasu elektroenerģijas ražošanā valstī, ir cukurniedru maiss. Cukura un alkohola nozarē rodas liels daudzums atkritumu, kurus var izmantot kā biomasu, galvenokārt koģenerācijas sistēmās. Citas dārzeņu šķirnes ar lielu potenciālu elektroenerģijas ražošanā ir palmu eļļa, kuras vidējā gada produktivitāte uz hektāru ir četras reizes augstāka nekā cukurniedru, buriti, babassu un andiroba. Tie parādās kā alternatīvas elektroenerģijas piegādei izolētās kopienās, īpaši Amazones reģionā.
Kad etanolu ražo no cukurniedrēm, apmēram 28% cukurniedru tiek pārveidoti bagāžā. Šī bagāža ir biomasa, ko parasti izmanto rūpnīcās zema spiediena tvaiku ražošanai, un ko izmanto pretspiediena turbīnās ekstrakcijas iekārtās (63%) un elektroenerģijas ražošanā (37%). Lielāko daļu zema spiediena tvaika, kas atstāj augus, izmanto sulas apstrādei un karsēšanai (24%) un destilācijas aparātā. Vidēji katrai ierīcei ir vajadzīga aptuveni 12 kWh elektroenerģijas, vērtību, ko var piegādāt paši biomasas atlikumi. Citas lauksaimniecības atliekas ar lielu potenciālu izmantot kā biomasu elektroenerģijas ražošanā ir rīsu sēnalas, Indijas rieksti un kokosriekstu sēnalas.
Biomasas konversijas ceļi
Biomasas avotus var klasificēt kā: koksnes dārzeņus (koks), bez koksnes dārzeņus (saharīdi, celulozes, ciete un ūdens), organiskos atlikumus (lauksaimniecības, rūpniecības, pilsētas) un bioloģiskos šķidrumus (augu eļļas). Biomasas konversijas ceļi ir dažādi, un tieši pateicoties šīm pārveidošanas tehnoloģijām ir iespējams iegūt vairākas biodegvielas šķirnes, piemēram, etanolu, metanolu, biodīzeļdegvielu un biogāzi. Galvenie biomasas pārveidošanas procesi ir:
Tieša sadedzināšana
Materiālus, piemēram, koksni un visu veidu organiskos atkritumus (lauksaimniecības, rūpniecības un pilsētas), var sadedzināt, lai iegūtu enerģiju. Sadegšanas process sastāv no ķīmiskās enerģijas pārveidošanas šajos biomasas avotos siltumā. Enerģijas vajadzībām biomasu tieši sadedzina krāsnīs un krāsnīs. Neskatoties uz praktiskumu, tiešās sadedzināšanas process mēdz būt diezgan neefektīvs. Turklāt degvielām, kuras var izmantot procesā, parasti ir augsts mitruma līmenis (malkas gadījumā 20% vai vairāk) un zems enerģijas blīvums, kas apgrūtina uzglabāšanu un transportēšanu.
Gazifikācija
Tā ir tehnoloģija, ko izmanto pilsētu un rūpniecības organiskajiem atkritumiem un koksnei. Gāzēšana sastāv no cieto biomasas avotu pārveidošanas gāzēs, izmantojot termoķīmiskas reakcijas, iesaistot karstu tvaiku un gaisu vai skābekli mazāk nekā minimāli sadedzināšanai. Iegūtais gāzes sastāvs ir oglekļa monoksīda, ūdeņraža, metāna, oglekļa dioksīda un slāpekļa maisījums, tāpēc šīs proporcijas mainās atkarībā no procesa apstākļiem, īpaši attiecībā uz oksidācijā izmantoto gaisu vai skābekli . Degviela, kas rodas no šīs biomasas sadedzināšanas, ir daudzpusīgāka (to var izmantot iekšdedzes motoros un arī gāzes turbīnā) un tīra (procesa laikā var noņemt tādus savienojumus kā sērs) nekā cietās degvielas versijās. Bez tam,no gazifikācijas ir iespējams iegūt sintētisko gāzi, kuru var izmantot jebkura ogļūdeņraža sintēzē.
Pirolīze
Pirolīze, kas pazīstama arī kā karbonizācija, ir vecākais process, kā pārveidot biomasas avotu (parasti koksni) par citu degvielu (kokogli) ar enerģijas blīvumu, kas ir divreiz lielāks nekā izejmateriāls. Arī lauksaimnieciskas izcelsmes organiskie atkritumi tiek bieži pakļauti pirolīzei - šajā gadījumā ir nepieciešams, lai atkritumi būtu iepriekš saspiesti. Metode sastāv no materiāla karsēšanas vidē, kurā gaisa "gandrīz nav". Pirolīzes rezultātā tiek iegūta arī degviela, darva un pirokoksne - materiāli, kurus plaši izmanto rūpniecības nozarē. Procesa rezultāts ļoti atšķiras no sākotnējā materiāla stāvokļa (daudzums un mitrums). Lai ražotu vienu tonnu kokogles, jums var būt nepieciešamas četras līdz desmit tonnas malkas.
Pāresterificēšana
Tas ir ķīmisks process, kas augu eļļas biomasu pārvērš par starpproduktu no divu spirtu (metanola un etanola) un bāzes (nātrija vai kālija hidroksīda) reakcijas. Šāda veida biomasas pāresterificēšanas produkti ir glicerīns un biodīzeļdegviela, degviela, kuras apstākļi ir līdzīgi dīzeļdegvielai un ko var izmantot iekšdedzes motoros, transportlīdzekļiem vai stacionāriem nolūkiem.
Anaerobā gremošana
Tāpat kā pirolīze, arī anaerobai gremošanai jānotiek vidē, kurā gandrīz nav skābekļa. Sākotnējā biomasa baktēriju ietekmē sadalās tāpat kā dabiski ar gandrīz visiem organiskajiem savienojumiem. Organiskos atkritumus, piemēram, dzīvnieku kūtsmēslus un rūpnieciskos atkritumus, var apstrādāt ar anaerobu šķelšanu (to, kas notiek bez skābekļa) bioloģiskos gremošanas procesos. Baktēriju darbība izraisa nepieciešamo karsēšanu, lai sadalīšanās notiktu, tomēr reģionos vai aukstuma laikā var būt nepieciešama papildu siltuma lietošana. Anaerobās šķelšanas gala produkts ir biogāze, kas galvenokārt sastāv no metāna (50% līdz 75%) un oglekļa dioksīda. Iegūtos notekūdeņus var izmantot kā mēslojumu.
Fermentācija
Tas ir bioloģisks process, ko veic mikroorganismi (parasti raugi), kas biomasas avotos, piemēram, cukurniedrēs, kukurūzā, bietēs un citās dārzeņu sugās esošos cukurus pārvērš alkoholā. Biomasas fermentācijas galīgais rezultāts ir etanola un metanola ražošana.
Biomasas pielietojamība
Biomasa tiek uzskatīta par atjaunojamu enerģijas avotu, un to izmanto fosilā kurināmā, piemēram, naftas un ogļu, nomaiņai, lai ražotu elektrību termoelektrostacijās un lai emitētu mazāku piesārņojošo gāzu daudzumu nekā neatjaunojamās. Tomēr, neskatoties uz to, ka tā nav fosilā degviela, saskaņā ar pētījumu biomasas sadedzināšana ir viens no pasaules lielākajiem toksisko gāzu, cieto daļiņu un siltumnīcefekta gāzu avotiem.
Dedzinot lielas platības, neatkarīgi no tā, vai tie ir meži, savannas vai citi veģetācijas veidi, sēra emisija izraisa lietus ūdens pH izmaiņas, kas veicina skābā lietus rašanos. Metāna un oglekļa dioksīda emisija veicina siltumnīcas efekta pastiprināšanos, bet dzīvsudrabs - ūdens ķermeņu piesārņojumu un ļauj veidot metil dzīvsudrabu - cilvēku veselībai kaitīgu vielu.
Atkārtota un ilgstoša iedarbība uz materiāliem, kas rodas biomasas sadegšanas procesā telpās (malkas krāsnis, kamīni utt.), Ir saistīta ar akūtu elpceļu infekciju pieaugumu bērniem, kas tiek uzskatīts par galveno mirstības cēloni jaunattīstības valstīs. Turklāt tas ir saistīts arī ar hronisku obstruktīvu plaušu slimību, pneimokoniozes (putekļu ieelpošanas izraisītas slimības), plaušu tuberkulozes, kataraktas un akluma palielināšanos. Cukurniedru salmu dedzināšanas gadījumā iedzīvotāji, kas dzīvo ap cukurniedru ražu, tiek pakļauti putekļiem no sadedzinātās biomasas apmēram sešus mēnešus visa gada garumā.
Šī iemesla dēļ Nacionālā vides padome (Conama) nosaka emisiju limitus gaisa piesārņotājiem, kas rodas siltuma ražošanas procesos no cukurniedru biomasas ārējās sadedzināšanas, kas ļauj regulēt emisijas un mazināt ar biomasas sadedzināšanu saistīto sociālo un vides ietekmi.
Biomasa piedāvā arī iespēju ražot no visdažādākajiem materiāliem, nodrošinot elastību un drošību tirgū, atšķirībā no pašas fosilās degvielas, galvenokārt eļļas. Vēl viens aspekts ir tāds, ka, izmantojot organiskos lauksaimniecības, rūpniecības un pilsētas atkritumus elektroenerģijas ražošanai, tie saņem “ilgtspējīgāku” galamērķi nekā vienkārša apglabāšana. Saskaņā ar pētījumu Brazīlijā visvairāk lauksaimniecības atkritumu ir kukurūza, soja, rīsi un kvieši, pirmie divi ir izejvielas, ko bieži izmanto biodīzeļdegvielas ražošanai.
Brazīlijai ir labvēlīgi apstākļi enerģijas ražošanai no biomasas, piemēram, pastāv lielas lauksaimniecības teritorijas, kuras var izmantot biomasas ražošanai, un visu gadu tā saņem intensīvu saules starojumu. Tomēr ir bažas par pirmās paaudzes biodegvielu ražošanu, kur tieši izmanto augu izejvielas. Šajā gadījumā biodegviela varētu cīnīties ar konkurenci par aramzemi ar lauksaimniecības nozari, apdraudot iedzīvotāju nodrošinātību ar pārtiku. Vēl viens jautājums, kas saistīts ar lieliem zemes gabaliem, ir vides aizsardzības jautājums. Papildus konkurencei ar lauksaimniecību biodegviela var izraisīt spiedienu uz teritorijām, kas paredzētas vides saglabāšanai.
