Suprasti, kaip įmanoma organines atliekas paversti elektros energija, vadinamąja biomase
Biomasė yra visa augalinės ar gyvūninės kilmės organinė medžiaga, naudojama energijai gaminti, pvz., Anglis, malkos, cukranendrių rupiniai. Kadangi tai yra išsklaidytas ir mažai efektyvus energijos šaltinis, tradiciškai naudojamas mažai išsivysčiusiose šalyse, trūksta tam tikrų duomenų apie šio energijos šaltinio reprezentatyvumą pasaulio energijos matricoje. Tačiau, remiantis ANEEL ataskaita, apie 14% pasaulyje suvartojamos energijos gaunama iš šio šaltinio, ir, remiantis kito Jornal Brasileiro de Pneumologia tyrimo duomenimis, 90% neturtingų šalių kaimo regionų namų naudoja energiją iš biomasės deginimo ( medienos, anglies, gyvulių mėšlo ar žemės ūkio atliekų), ypač Afrikoje į pietus nuo Sacharos ir Azijoje.
Biomasės naudojimas termoelektrinėse tampa vis plačiau naudojamas ir pasiekiama vietovėms, kurių neapima elektros tiekimo tinklas, pavyzdžiui, izoliuotoms kaimo bendruomenėms. Taip pat vis dažniau naudojamas termofikacinių sistemų naudojimas, kai elektros energijos gamyba naudojant biomasę derinama su šilumos gamyba, didinant gamybos sistemų energijos vartojimo efektyvumą.
Kas yra kogeneracija?
Biomasė, tokia kaip akmens anglis ar malkos, yra tai, kas išjudina didelę dalį termoelektrinių generatorių. Nepaisant kuro rūšies ir variklio, šie generatoriai šilumos pavidalu praranda didžiąją kuro energijos dalį. Biomasės energija, prarasta aplinkai šilumos pavidalu, vidutiniškai sudaro 60–70% visos kuro energijos. Taigi generatoriaus efektyvumas yra maždaug nuo 30% iki 40%.
Kadangi daugeliui pastatų ir pramonės šakų reikia šildymo (vidaus aplinkai ar vandeniui šildyti), buvo sukurta kogeneracinė sistema, per kurią gaminant elektrą pagaminta šiluma garų pavidalu įtraukiama į gamybos procesą. Pagrindinis šios sistemos privalumas yra degalų taupymas šildymo procesui. Taigi sistemos energijos vartojimo efektyvumas padidėja ir siekia iki 85% kuro biomasės energijos.
Biomasė Brazilijoje
Šiuo metu šaltinis, turintis didžiausią potencialą naudoti kaip biomasę elektros gamybai šalyje, yra cukranendrių bagažas. Cukraus ir alkoholio sektoriuje susidaro didelis kiekis atliekų, kurios gali būti naudojamos kaip biomasė, daugiausia termofikacijos sistemose. Kitos daržovių veislės, turinčios didelį elektros energijos gamybos potencialą, yra palmių aliejus, kurio vidutinis metinis hektaro produktyvumas yra keturis kartus didesnis nei cukranendrių, buritų, babasų ir andiroba. Jie atrodo kaip alternatyva elektros energijos tiekimui izoliuotose bendruomenėse, ypač Amazonės regione.
Kai etanolis gaminamas iš cukranendrių, apie 28% cukranendrių virsta bagažu. Ši bagazė yra biomasė, paprastai naudojama įmonėse žemo slėgio garams gaminti, kuri naudojama priešslėginėse turbinose gavybos įrangoje (63 proc.) Ir elektros gamyboje (37 proc.). Didžioji dalis augalus paliekančių žemo slėgio garų naudojama sulčių procesui ir pašildymui (24%) bei distiliavimo aparate. Kiekvienam įrenginiui vidutiniškai reikia apie 12 kWh elektros energijos, kurią gali tiekti pačios biomasės liekanos. Kitos žemės ūkio liekanos, turinčios didelį potencialą naudoti kaip biomasę elektros gamybai, yra ryžių lukštai, anakardžių riešutų lukštai ir kokosų lukštai.
Biomasės konversijos keliai
Biomasės šaltiniai gali būti klasifikuojami kaip: sumedėjusios daržovės (mediena), nemedienos daržovės (sacharidai, celiuliozės, krakmolas ir vandens), organinės liekanos (žemės ūkio, pramoninės, miesto) ir biofluidas (augalinis aliejus). Biomasės konversijos keliai yra įvairūs, ir būtent šių konversijos technologijų dėka galima gauti kelias biokuro rūšis, tokias kaip etanolis, metanolis, biodyzelinas ir biodujos. Pagrindiniai biomasės konversijos procesai yra šie:
Tiesioginis degimas
Medžiagos ir visos organinių atliekų rūšys (žemės ūkio, pramonės ir miesto) gali būti deginamos, kad būtų sukurta energija. Degimo procesą sudaro šių biomasės šaltinių cheminės energijos pavertimas šiluma. Energijos tikslais biomasė tiesiogiai deginama krosnyse ir krosnyse. Nepaisant praktiškumo, tiesioginio degimo procesas būna gana neefektyvus. Be to, kurui, kuris gali būti naudojamas procese, paprastai būna didelė drėgmė (20% ar daugiau malkų atveju) ir mažas energijos tankis, todėl sunku laikyti ir transportuoti.
Dujinimas
Tai technologija, taikoma miesto ir pramonės organinėms atliekoms bei medienai. Dujinimas - tai kietų biomasės šaltinių pavertimas dujomis per termochemines reakcijas, deginant karštą garą ir orą arba deguonį mažesniais kiekiais. Gaunama dujų kompozicija yra anglies monoksido, vandenilio, metano, anglies dioksido ir azoto mišinys, todėl šios proporcijos skiriasi priklausomai nuo proceso sąlygų, ypač atsižvelgiant į orą ar deguonį, naudojamą oksiduojant . Deginant šią biomasę pagamintas kuras yra universalesnis (jį galima naudoti vidaus degimo varikliuose ir dujų turbinose) ir švarus (proceso metu gali būti pašalinti tokie junginiai kaip siera) nei kietojo kuro versijos. Neskaitant to,dujinant galima gaminti sintetines dujas, kurias galima panaudoti sintezuojant bet kurį angliavandenilį.
Pirolizė
Pirolizė, taip pat žinoma kaip karbonizacija, yra seniausias procesas, kai biomasės šaltinis (paprastai mediena) paverčiamas kitu kuru (anglimi), kurio energijos tankis yra dvigubai didesnis nei žaliavos. Organinės žemdirbystės kilmės liekanos taip pat dažnai atliekamos pirolizės būdu - tokiu atveju likučiai turi būti anksčiau sutankinti. Metodas susideda iš medžiagos kaitinimo tokioje aplinkoje, kurioje oro beveik nėra. Pirolizės metu taip pat gaunamos kuro dujos, degutas ir piropiriena - medžiagos, plačiai naudojamos pramonės sektoriuje. Proceso rezultatas labai skiriasi nuo originalios medžiagos būklės (kiekis ir drėgmė). Vienos tonos anglies gamybai gali prireikti nuo keturių iki dešimties tonų malkų.
Transesterinimas
Tai yra cheminis procesas, paverčiantis augalinių aliejų biomasę tarpiniu produktu iš dviejų alkoholių (metanolio ir etanolio) ir bazės (natrio arba kalio hidroksido) reakcijos. Šios rūšies biomasės transesterifikavimo produktai yra glicerinas ir biodyzelinas - kuras, kurio sąlygos yra panašios į dyzelino ir gali būti naudojamos vidaus degimo varikliuose, skirti naudoti transporto priemonėse ar stacionariai.
Anaerobinis virškinimas
Kaip ir pirolizė, anaerobinis virškinimas turi vykti aplinkoje, kurioje „beveik nėra“ deguonies. Originali biomasė yra skaidoma veikiant bakterijoms, kaip natūraliai atsiranda beveik su visais organiniais junginiais. Organines atliekas, tokias kaip gyvulių mėšlas ir pramoninės atliekos, galima apdoroti anaerobiniu būdu (virškinantis be deguonies) biologiniuose virškinimo įrenginiuose. Dėl bakterijų veikimo skilimas yra būtinas kaitinimas, tačiau šalčio regionuose ar šalčio metu gali prireikti papildomos šilumos. Galutinis anaerobinio skaidymo produktas yra biodujos, kurias iš esmės sudaro metanas (50–75%) ir anglies dioksidas. Susidariusias nuotekas galima naudoti kaip trąšas.
Fermentacija
Tai biologinis procesas, kurį vykdo mikroorganizmai (dažniausiai mielės), kurie biomasės šaltiniuose esančius cukrus, tokius kaip cukranendrės, kukurūzai, burokėliai ir kitos daržovių rūšys, paverčia alkoholiu. Galutinis biomasės fermentacijos rezultatas yra etanolio ir metanolio gamyba.
Biomasės pritaikomumas
Biomasė laikoma atsinaujinančiu energijos šaltiniu ir buvo naudojama iškastiniam kurui, tokiems kaip nafta ir akmens anglis, pakeisti elektros energijai gaminti termoelektrinėse ir mažesniam taršių dujų kiekiui, palyginti su neatsinaujinančiais. Nepaisant to, kad tyrimas nėra iškastinis kuras, biomasės deginimas yra vienas didžiausių pasaulyje toksiškų dujų, kietųjų dalelių ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų šaltinis.
Deginant didelius plotus, nesvarbu, ar tai miškai, ar savanos, ar kitos rūšies augmenija, išmetant sieros, pasikeičia lietaus vandens pH, prisidedant prie rūgščių lietų atsiradimo. Metano ir anglies dioksido emisijos sustiprina šiltnamio efektą, o gyvsidabris - užteršia vandens telkinius ir leidžia susidaryti metilo gyvsidabriui, kenksmingai žmonių sveikatai.
Pasikartojantis ir ilgalaikis medžiagos, susidarančios biomasės degimo procese patalpose (malkinės krosnys, židiniai ir kt.), Poveikis buvo siejamas su ūmių vaikų kvėpavimo takų infekcijų padaugėjimu, kuris laikomas pagrindine mirtingumo priežastimi. besivystančiose šalyse. Be to, tai taip pat siejama su lėtinių obstrukcinių plaučių ligų, pneumokoniozės (dulkių įkvėpimo sukeltos ligos), plaučių tuberkuliozės, kataraktos ir aklumo padaugėjimu. Deginant cukranendrių šiaudus, gyventojai, gyvenantys rajone, esančiame aplink cukranendrių pasėlius, ištisus metus maždaug šešis mėnesius susiduria su degintos biomasės dulkėmis.
Dėl šios priežasties Nacionalinė aplinkos taryba (Conama) nustato oro teršalų, susidarančių dėl šilumos gamybos procesų iš išorės deginant cukranendrių biomasę, išmetimo ribas, kurios leidžia reguliuoti išmetamą teršalų kiekį ir sušvelninti su biomasės deginimu susijusį socialinį ir aplinkos poveikį.
Biomasė taip pat suteikia galimybę būti gaminama iš įvairiausių medžiagų, užtikrinant lankstumą ir saugumą rinkai, skirtingai nei pats iškastinis kuras, daugiausia nafta. Kitas dalykas yra tas, kad naudojant organines žemės ūkio, pramonės ir miesto atliekas elektrai gaminti, jie gauna „tvaresnį“ tikslą nei paprastas šalinimas. Tyrimo duomenimis, Brazilijoje daugiausia žemės ūkio likučių yra kukurūzai, sojos pupelės, ryžiai ir kviečiai, o pirmieji du yra žaliavos, dažnai naudojamos biodyzelinui gaminti.
Brazilijoje yra palankios sąlygos gaminti energiją iš biomasės, pavyzdžiui, yra dideli žemės ūkio plotai, kurie gali būti naudojami biomasės gamybai, ir ištisus metus gauna intensyvią saulės spinduliuotę. Tačiau nerimaujama dėl pirmosios kartos biokuro, kuriame tiesiogiai naudojama augalinė žaliava, gamybos. Tokiu atveju biokuras galėtų kovoti su žemės ūkio sektoriaus konkurencija dėl dirbamos žemės, sukeldamas pavojų gyventojų aprūpinimui maistu. Kitas klausimas, susijęs su dideliais žemės plotais, yra aplinkos apsaugos klausimas. Biokuras gali ne tik konkuruoti su žemės ūkiu, bet ir daryti spaudimą vietovėms, skirtoms aplinkos apsaugai.
