Értse meg, hogyan lehet a szerves hulladékot átalakítani elektromos energiává, az úgynevezett biomasszává
A biomassza minden növényi vagy állati eredetű szerves anyag, amelyet energia előállítására használnak fel, mint például szén, tűzifa, cukornád-tészta. Mivel szétszórt és alacsony hatékonyságú energiaforrásról van szó, amelyet hagyományosan az alacsony fejlettségű országokban használnak, bizonyos mértékű adat hiányzik az energiaforrás reprezentativitásáról a világ energia-mátrixában. Az ANEEL jelentése szerint azonban a világon elfogyasztott energia körülbelül 14% -a származik ebből a forrásból, és a Jornal Brasileiro de Pneumologia egy másik tanulmánya szerint a szegény országok vidéki régióiban lévő otthonok 90% -a biomassza elégetéséből származó energiát használ fel ( fa, szén, állati trágya vagy mezőgazdasági hulladék), különösen Afrika szubszaharai térségében és Ázsiában.
A biomassza felhasználása a hőelektromos erőművekben egyre gyakoribbá válik, és arra használják, hogy elérjék azokat a területeket, amelyekre az áramellátási hálózat nem terjed ki, mint például az elszigetelt vidéki közösségek. A kapcsolt energiatermelő rendszerek használata, amelyek ötvözik a villamos energia előállítását a biomasszán keresztül a hőtermeléssel, növelve a termelési rendszerek energiahatékonyságát, szintén egyre gyakoribbá vált.
Mi az a kapcsolt energiatermelés?
A biomassza, például szén vagy tűzifa mozgatja a hőelektromos generátorok nagy részét. Az üzemanyag és a motor típusától függetlenül ezek a generátorok hő formájában elveszítik az üzemanyagban lévő energia nagy részét. Átlagosan a környezetbe hő formájában elveszített biomassza energia a teljes tüzelőanyag-energia 60-70% -át teszi ki. Így a generátor hatékonysága 30-40% körül mozog.
Mivel sok épületben és iparban fűtésre van szükség (a belső környezethez vagy a víz fűtéséhez), egy kapcsolt energiatermelő rendszert fejlesztettek ki, amelyen keresztül az áramtermelés során keletkező hő gőz formájában beépül a termelési folyamatba. Ennek a rendszernek a fő előnye az üzemanyag-megtakarítás a fűtési folyamat során. Így a rendszer energiahatékonysága növekszik, elérve az üzemanyag biomassza-energiájának 85% -át.
Biomassza Brazíliában
Jelenleg az országban a legnagyobb potenciállal biomasszaként felhasználható erőforrás a villamosenergia-termelésben a cukornád. A cukor- és alkoholágazat nagy mennyiségű hulladékot termel, amelyek biomasszaként felhasználhatók, főleg a kapcsolt energiatermelő rendszerekben. A villamosenergia-termelés szempontjából nagy potenciállal rendelkező zöldségfajták a pálmaolaj, amelynek hektáronkénti átlagos éves termelékenysége négyszer nagyobb, mint a cukornád, a buriti, a babassu és a cukornádé andiroba. Alternatívaként jelennek meg a villamosenergia-ellátás számára az elszigetelt közösségekben, különösen az amazóniai régióban.
Amikor cukornádból etanolt állítanak elő, a nád mintegy 28% -a bagassá alakul. Ez a bagázs olyan biomassza, amelyet általában az üzemekben használnak alacsony nyomású gőz előállításához, amelyet ellennyomású turbinákban használnak a kitermelő berendezésekben (63%) és az áramtermelésben (37%). A növényeket elhagyó alacsony nyomású gőz legnagyobb részét a gyümölcslé feldolgozásához és melegítéséhez (24%) és a desztillációs készülékben használják. Minden eszköz átlagosan körülbelül 12 kWh villamos energiát igényel, ezt az értéket maguk a biomassza-maradékok szolgáltathatják. Egyéb nagy potenciállal rendelkező mezőgazdasági maradványok, amelyeket biomasszaként lehet felhasználni az áramtermelésben, a rizshéj, a kesudió és a kókuszhéj.
Biomassza-átalakítási útvonalak
A biomassza forrásai a következők lehetnek: fás zöldségek (fa), nem fás zöldségek (szacharidok, cellulóz, keményítő és vízi), szerves maradványok (mezőgazdasági, ipari, városi) és biofolyadékok (növényi olajok). A biomassza konverziós útjai sokfélék, és ezeknek az átalakítási technológiáknak köszönhetõen többféle bioüzemanyagot lehet beszerezni, például etanolt, metanolt, biodízelt és biogázt. A fő biomassza-átalakítási folyamatok a következők:
Közvetlen égés
Az olyan anyagok, mint a fa, és a szerves hulladékok minden fajtája (mezőgazdasági, ipari és városi) éghető az energia előállítása érdekében. Az égési folyamat abból áll, hogy a biomassza forrásokban lévő kémiai energiát hővé alakítja. Energetikai célokból a biomassza közvetlen égetése kemencékben és kályhákban történik. A praktikum ellenére a közvetlen égési folyamat meglehetősen hatástalan. Ezenkívül a folyamatban felhasználható üzemanyagok általában magas páratartalmúak (tűzifa esetén 20% vagy annál nagyobbak) és alacsony energiasűrűségűek, ami megnehezíti a tárolást és a szállítást.
Gázosítás
A városi és ipari szerves hulladékra és a fára alkalmazott technológia. A gázosítás abból áll, hogy szilárd biomassza forrásokat termokémiai reakciók útján gázokká alakítanak át, forró gőzt, levegőt vagy oxigént vesznek igénybe az égéshez minimális mennyiségnél kevesebbet. A kapott gázösszetétel szén-monoxid, hidrogén, metán, szén-dioxid és nitrogén keveréke, így ezek az arányok a folyamat körülményeitől függően változnak, különösen az oxidációhoz használt levegő vagy oxigén vonatkozásában. . Ennek a biomasszának az elégetése során keletkező üzemanyag sokoldalúbb (használható belső égésű motorokban és gázturbinákban is) és tiszta (a vegyületek, mint a kén eltávolíthatók a folyamat során), mint a szilárd tüzelőanyag-változatok. Azon kívül,elgázosításból szintetikus gázt lehet előállítani, amely bármilyen szénhidrogén szintézisében alkalmazható.
Pirolízis
A pirolízis, más néven karbonizáció, a legrégebbi folyamat, amikor a biomassza-forrást (jellemzően fát) egy másik tüzelőanyaggá (szénné) alakítják, amelynek energiasűrűsége kétszer akkora, mint a forrásanyagé. A mezőgazdasági eredetű szerves maradványokat szintén gyakran pirolízisnek vetik alá - ebben az esetben a maradékokat előzetesen tömöríteni kell. A módszer abból áll, hogy az anyagot olyan környezetben melegítik, amelyben "szinte nincs levegő". A pirolízissel tüzelőanyag-gázt, kátrányt és pirofát is termelnek, mely anyagokat széles körben használják az ipari szektorban. A folyamat eredménye nagymértékben eltér az eredeti anyag állapotától (mennyiség és páratartalom). Egy tonna szén előállításához négy-tíz tonna tűzifára lehet szükség.
Átészterezés
Ez egy kémiai folyamat, amely a növényi olajok biomasszáját köztitermékké alakítja, két alkohol (metanol és etanol) és egy bázis (nátrium- vagy kálium-hidroxid) reakciójából. Az ilyen típusú biomassza átészterezésére szolgáló termékek a glicerin és a biodízel, olyan üzemanyag, amely a dízelhez hasonló feltételeket mutat és alkalmazható belső égésű motorokban, járművekben vagy állóhelyeken.
Anaerob emésztés
A pirolízishez hasonlóan az anaerob emésztésnek olyan környezetben kell végbemenni, ahol oxigén "szinte hiányzik". Az eredeti biomassza a baktériumok hatására lebomlik, mint ahogy az szinte minden szerves vegyületnél természetesen előfordul. A szerves hulladékokat, mint például az állati trágyát és az ipari hulladékot, anaerob emésztéssel (oxigén hiányában bekövetkező emésztéssel) lehet kezelni a biomemészterekben. A baktériumok hatása előidézi a szükséges bemelegedést a bomláshoz, azonban hideg régiókban vagy időszakokban további hő alkalmazására lehet szükség. Az anaerob lebontás végterméke a biogáz, amely lényegében metánból (50–75%) és szén-dioxidból áll. A keletkező szennyvíz műtrágyaként felhasználható.
Erjesztés
Ez egy olyan biológiai folyamat, amelyet mikroorganizmusok (általában élesztők) hajtanak végre, amelyek a biomassza forrásokban, például cukornádban, kukoricában, répában és más zöldségfajokban jelen lévő cukrokat alkoholokká alakítják. A biomassza-fermentáció végeredménye az etanol és a metanol előállítása.
A biomassza alkalmazhatósága
A biomasszát megújuló energiaforrásnak tekintik, és a fosszilis tüzelőanyagok, például az olaj és a szén helyettesítésére használták fel, hogy hőtermelő erőművekben villamos energiát termeljenek, és a nem megújulóakhoz képest alacsonyabb mennyiségű szennyező gázt bocsátanak ki. Annak ellenére, hogy egy tanulmány szerint nem fosszilis tüzelőanyag, a biomassza égetése a világ egyik legnagyobb mérgező gáz, részecske és üvegházhatású gáz forrása.
Nagy területek égetése esetén, legyen az erdő, szavanna vagy más növényzet, a kén kibocsátása az esővíz pH-változásához vezet, hozzájárulva a savas eső előfordulásához. A metán- és szén-dioxid-kibocsátás hozzájárul az üvegházhatás intenzívebbé válásához, a higanyé pedig a víztestek szennyeződéséhez vezet, és lehetővé teszi a metil-higany, az emberi egészségre káros anyag képződését.
A beltéri biomassza-égési folyamat során keletkező anyagok (fatüzelésű kályhák, kandallók stb.) Visszatérő és hosszan tartó expozíciója a gyermekeknél fellépő akut légúti fertőzések fokozódásával járt, amelyet a halálozás egyik fő okának tekintenek a fejlődő országokban. Ezenkívül a krónikus obstruktív tüdőbetegségek, a pneumoconiosis (a por belélegzése által okozott betegség), a tüdő tuberkulózis, a szürkehályog és a vakság fokozódásával is jár. Nádszalma égetése esetén a cukornádtermést körülvevő területen élő lakosság egész évben körülbelül hat hónapig van kitéve az égett biomassza porának.
Emiatt a Nemzeti Környezetvédelmi Tanács (Conama) meghatározza a cukornád biomassza külső elégetéséből származó hőtermelési folyamatokból származó légszennyező anyagok kibocsátási határértékeit, ami lehetővé teszi a kibocsátások és a enyhíteni a biomassza égetésével járó társadalmi-környezeti hatásokat.
A biomassza lehetőséget kínál arra is, hogy sokféle anyagból előállítsák, rugalmasságot és biztonságot nyújtva a piacon, ellentétben magukat a fosszilis tüzelőanyagokat, főként az olajat. Egy másik szempont az, hogy amikor organikus mezőgazdasági, ipari és városi hulladékokat használnak villamos energia előállításához, „fenntarthatóbb” rendeltetési helyhez jutnak, mint az egyszerű ártalmatlanításhoz. Egy tanulmány szerint Brazíliában a legtöbb mezőgazdasági hulladék kukorica, szója, rizs és búza, az első kettő a biodízel előállításához gyakran használt alapanyag.
Brazíliának kedvező feltételei vannak a biomasszából származó energia előállításának, például nagy mezőgazdasági területek léteznek, amelyek felhasználhatók biomassza előállításához, és egész évben intenzív napsugárzást kapnak. Aggodalomra ad okot azonban az első generációs bioüzemanyagok előállítása, amelyek közvetlenül a növényi alapanyagot használják. Ebben az esetben a bioüzemanyagok megküzdhetnek a szántókért folytatott versenyért a mezőgazdasági szektorral, veszélyeztetve a lakosság élelmezésbiztonságát. A nagy földterületekkel kapcsolatos másik kérdés a környezetvédelem kérdése. A mezőgazdasággal való verseny mellett a bioüzemanyagok nyomást gyakorolhatnak a környezetvédelemre szánt területekre.
