Ymmärrä, miten orgaaninen jäte on mahdollista muuntaa sähköenergiaksi, niin kutsutuksi biomassaksi
Biomassa on kaikki kasvi- tai eläinperäistä orgaanista ainesta, jota käytetään energian tuottamiseen, kuten esimerkiksi puuhiili, polttopuut, sokeriruoko-bagassit. Koska se on hajautettu ja vähän hyötysuhdetta tuottava energialähde, jota perinteisesti käytetään alikehittyneissä maissa, on tietyt tiedot tämän energialähteen edustavuudesta maailman energiamatriisissa. ANEEL-raportin mukaan noin 14% maailman kulutetusta energiasta tulee kuitenkin tästä lähteestä, ja Jornal Brasileiro de Pneumologian toisen tutkimuksen mukaan 90% köyhien maiden maaseutualueiden kodeista käyttää biomassan polttamista ( puu, puuhiili, eläinlanta tai maatalousjätteet), erityisesti Saharan eteläpuolisessa Afrikassa ja Aasiassa.
Biomassan käyttö lämpösähkölaitoksissa on yleistymässä, ja sitä käytetään alueille, joita sähköntoimitusverkko ei kata, kuten eristyneisiin maaseutuyhteisöihin. Myös yhteistuotantojärjestelmien käyttö, joka sovittaa yhteen sähköntuotannon biomassan ja lämmöntuotannon avulla, lisää tuotantojärjestelmien energiatehokkuutta, on tullut yhä yleisemmäksi.
Mikä on yhteistuotanto?
Biomassa, kuten hiili tai polttopuut, siirtää suuria osia lämpösähkögeneraattoreita. Polttoaineesta ja moottorista riippumatta nämä generaattorit menettävät suurimman osan polttoaineessa olevasta energiasta lämmön muodossa. Keskimäärin ympäristölle lämmön muodossa menetetty biomassaenergia on 60-70% polttoaineen kokonaisenergiasta. Siten generaattorin hyötysuhde on noin 30% - 40%.
Koska monet rakennukset ja teollisuus tarvitsevat lämmitystä (sisäiseen ympäristöön tai veden lämmitykseen), kehitettiin yhteistuotantojärjestelmä, jonka avulla sähkön tuotannossa tuotettu lämpö sisällytetään tuotantoprosessiin höyryn muodossa. Tämän järjestelmän suurin etu on lämmitysprosessin polttoainesäästöt. Siten järjestelmän energiatehokkuus kasvaa ja saavuttaa jopa 85% polttoaineen biomassaenergiasta.
Biomassa Brasiliassa
Tällä hetkellä resurssi, jolla on eniten potentiaalia käyttää biomassaa sähköntuotannossa maassa, on sokeriruokokassi. Sokeri- ja alkoholialalla syntyy suuri määrä jätettä, jota voidaan käyttää biomassana pääasiassa yhteistuotantojärjestelmissä. Muita vihannesten lajikkeita, joilla on paljon potentiaalia sähköntuotantoon, ovat palmuöljy, jonka keskimääräinen vuotuinen tuottavuus hehtaaria kohden on neljä kertaa suurempi kuin sokeriruoko, buriti, babassu ja andiroba. Ne esiintyvät vaihtoehtona sähkön toimitukselle eristetyissä yhteisöissä, erityisesti Amazonin alueella.
Kun etanolia tuotetaan sokeriruo'osta, noin 28% sokeriruo'osta muuttuu bagassiksi. Tämä bagasse on biomassa, jota käytetään yleisesti matalapainehöyryn tuotantolaitoksissa, jota käytetään uuttolaitteiden vastapaineturbiineissa (63%) ja sähköntuotannossa (37%). Suurin osa kasveista lähtevästä matalapainehöyrystä käytetään mehun prosessointiin ja lämmitykseen (24%) ja tislauslaitteistossa. Kukin laite tarvitsee keskimäärin noin 12 kWh sähköä, arvon, jonka biomassajäämät voivat tuottaa itse. Muita maatalousjätteitä, joilla on paljon potentiaalia käyttää biomassana sähkön tuotannossa, ovat riisikuoret, cashewpähkinät ja kookoskuoret.
Biomassan muuntoreitit
Biomassan lähteet voidaan luokitella: puumaiset vihannekset (puu), ei-puumaiset vihannekset (sakkaridit, selluloosa-, tärkkelys- ja vesiympäristöt), orgaaniset jäämät (maatalous-, teollisuus-, kaupunki-) ja biofluidit (kasviöljyt). Biomassan muuntoreitit ovat erilaiset, ja näiden muuntotekniikoiden ansiosta on mahdollista saada useita biopolttoaineita, kuten etanolia, metanolia, biodieseliä ja biokaasua. Tärkeimmät biomassan muuntamisprosessit ovat:
Suora palaminen
Materiaalit, kuten puu ja kaikki orgaanisen jätteen lajit (maatalous-, teollisuus- ja yhdyskuntajätteet), voidaan polttaa energian tuottamiseksi. Palamisprosessi koostuu näiden biomassalähteiden kemiallisen energian muuttamisesta lämmöksi. Energiatarkoituksiin biomassa poltetaan suoraan uuneissa ja uuneissa. Käytännöllisyydestä huolimatta suora palamisprosessi on yleensä melko tehoton. Lisäksi prosessissa käytettävillä polttoaineilla on yleensä korkea kosteus (polttopuiden tapauksessa vähintään 20%) ja alhainen energiatiheys, mikä vaikeuttaa varastointia ja kuljetusta.
Kaasutus
Se on tekniikka, jota käytetään kaupunkien ja teollisuuden orgaanisiin jätteisiin ja puuhun. Kaasutus koostuu kiinteiden biomassan lähteiden muuntamisesta kaasuiksi lämpökemiallisten reaktioiden avulla, jolloin kuumaa höyryä ja ilmaa tai happea on vähemmän kuin vähimmäismäärät palamista varten. Tuloksena oleva kaasukoostumus on seos hiilimonoksidia, vetyä, metaania, hiilidioksidia ja typpeä, joten nämä suhteet vaihtelevat prosessiolosuhteiden mukaan, erityisesti suhteessa hapetuksessa käytettävään ilmaan tai happeen . Tämän biomassan polttamisesta syntyvä polttoaine on monipuolisempaa (sitä voidaan käyttää polttomoottoreissa ja myös kaasuturbiinissa) ja puhdasta (rikin kaltaiset yhdisteet voidaan poistaa prosessin aikana) kuin kiinteän polttoaineen versioita. Sen lisäksikaasutuksesta on mahdollista tuottaa synteettistä kaasua, jota voidaan käyttää minkä tahansa hiilivedyn synteesissä.
Pyrolyysi
Pyrolyysi, joka tunnetaan myös nimellä hiiltyminen, on vanhin prosessi, jolla muunnetaan biomassan lähde (tyypillisesti puu) toiseksi polttoaineeksi (puuhiili), jonka tiheys on kaksi kertaa suurempi kuin lähtöaineella. Myös maataloudesta peräisin olevat orgaaniset jäämät altistetaan usein pyrolyysille - tässä tapauksessa jäännökset on tiivistettävä aiemmin. Menetelmä koostuu materiaalin lämmittämisestä ympäristössä, jossa "melkein puuttuu" ilmaa. Pyrolyysi tuottaa myös polttoainekaasua, tervaa ja pyropuuta, materiaaleja, joita käytetään laajalti teollisuudessa. Prosessin tulos vaihtelee suuresti alkuperäisen materiaalin kunnosta (määrä ja kosteus). Yhden tonnin hiilen tuotantoon saatat tarvita 4-10 tonnia polttopuuta.
Uudelleenesteröinti
Se on kemiallinen prosessi, joka muuttaa kasviöljyjen biomassan välituotteeksi kahden alkoholin (metanoli ja etanoli) ja emäksen (natrium- tai kaliumhydroksidi) reaktiosta. Tämän tyyppisen biomassan uudelleenesteröintituotteet ovat glyseriini ja biodieseli, polttoaine, jonka olosuhteet ovat samanlaiset kuin dieselillä ja joita voidaan käyttää polttomoottoreissa ajoneuvoihin tai paikallaan.
Anaerobinen ruoansulatus
Pyrolyysin tavoin anaerobisen pilkkomisen on tapahduttava ympäristössä, jossa happea "melkein ei ole". Alkuperäinen biomassa hajoaa bakteerien vaikutuksesta, aivan kuten se tapahtuu luonnollisesti lähes kaikkien orgaanisten yhdisteiden kanssa. Orgaaninen jäte, kuten eläinlanta ja teollisuusjätteet, voidaan käsitellä anaerobisella hajotuksella (happitapauksessa). Bakteerien vaikutus aiheuttaa tarvittavan kuumenemisen hajoamisen tapahtu- miseksi, mutta kylmillä alueilla tai kylminä aikoina lisälämmön käyttö voi olla tarpeen. Anaerobisen hajotuksen lopputuote on biokaasu, joka koostuu pääosin metaanista (50-75%) ja hiilidioksidista. Syntynyttä jätevettä voidaan käyttää lannoitteena.
Käyminen
Se on biologinen prosessi, jonka suorittaa mikro-organismit (yleensä hiivat), jotka muuttavat biomassan lähteissä, kuten sokeriruoko, maissi, punajuuret ja muut vihanneslajit, olevat sokerit alkoholiksi. Biomassakäymisen lopputulos on etanolin ja metanolin tuotanto.
Biomassan sovellettavuus
Biomassaa pidetään uusiutuvana energialähteenä, ja sitä on käytetty fossiilisten polttoaineiden, kuten öljyn ja kivihiilen, korvaamiseen sähkön tuottamiseen lämpösähkölaitoksissa ja vähemmän päästöjä aiheuttaviin kaasuihin kuin uusiutumattomiin. Tutkimuksen mukaan biomassan polttaminen on kuitenkin yksi maailman suurimmista myrkyllisten kaasujen, hiukkasten ja kasvihuonekaasujen lähteistä, vaikka se ei olekaan fossiilinen polttoaine.
Suurten alueiden polttamisen yhteydessä, olipa kyseessä sitten metsät, savannit tai muu kasvillisuus, rikkipäästöt aiheuttavat muutoksia sadeveden pH: ssa, mikä osaltaan edistää happosateen esiintymistä. Metaani- ja hiilidioksidipäästöt myötävaikuttavat kasvihuoneilmiön tehostumiseen, ja elohopea päästöt johtavat vesistöjen saastumiseen ja mahdollistavat metyylielohopean, ihmisen terveydelle haitallisen aineen, muodostumisen.
Toistuva ja pitkäaikainen altistuminen materiaalille, joka syntyy biomassan polttoprosessista sisätiloissa (puuhella, takka jne.), On yhdistetty lasten akuuttien hengitystieinfektioiden lisääntymiseen, jota pidetään tärkeimpänä kuolleisuuden syynä kehitysmaissa. Lisäksi siihen liittyy myös kroonisten obstruktiivisten keuhkosairauksien, pneumokonioosin (pölyn hengittämisen aiheuttama sairaus), keuhkotuberkuloosin, kaihien ja sokeuden lisääntyminen. Ruoko-oljen polttamisen yhteydessä sokeriruokosadetta ympäröivällä alueella asuva väestö altistuu palaneen biomassan pölylle noin kuuden kuukauden ajan ympäri vuoden.
Tästä syystä kansallinen ympäristöneuvosto (Conama) asettaa päästörajat sokeriruokoisen biomassan ulkoisesta polttamisesta syntyvien lämmöntuotantoprosessien ilman epäpuhtauksille, mikä mahdollistaa päästöjen ja lieventää biomassan polttamiseen liittyviä sosio-ympäristövaikutuksia.
Biomassa tarjoaa myös mahdollisuuden valmistaa monenlaisista materiaaleista, mikä tarjoaa joustavuutta ja turvallisuutta markkinoilla toisin kuin itse fossiiliset polttoaineet, lähinnä öljy. Toinen asia on, että kun he käyttävät luonnonmukaista maatalous-, teollisuus- ja yhdyskuntajätettä sähkön tuottamiseen, ne saavat "kestävämmän" määränpään kuin yksinkertainen hävittäminen. Tutkimuksen mukaan suurin osa maatalouden jätteistä Brasiliassa on maissi, soija, riisi ja vehnä, joista kaksi ensimmäistä ovat raaka-aineita, joita käytetään usein biodieselin tuotantoon.
Brasiliassa on suotuisat olosuhteet energian tuottamiseksi biomassasta, kuten suurten maatalousalueiden olemassaolo, joita voidaan käyttää biomassan tuotantoon, ja jotka vastaanottavat voimakasta aurinkosäteilyä ympäri vuoden. Huolestuttavaa on kuitenkin ensimmäisen sukupolven biopolttoaineiden tuotanto, joissa käytetään suoraan kasviraaka-ainetta. Tällöin biopolttoaineet voisivat torjua peltomaiden kilpailutilanteita maatalousalan kanssa, mikä vaarantaa väestön elintarviketurvan. Toinen suuriin maa-alueisiin liittyvä kysymys on ympäristönsuojelu. Maatalouden kanssa kilpailemisen lisäksi biopolttoaineet saattavat joutua painostamaan ympäristönsuojeluun tarkoitettuja alueita.
