Razumeti, kako je mogoče organske odpadke pretvoriti v električno energijo, tako imenovano biomaso
Biomasa je vsa organska snov rastlinskega ali živalskega izvora, ki se uporablja za proizvodnjo energije, med drugim oglje, drva, vreče iz sladkornega trsa. Ker gre za razpršeni in nizko učinkovit vir energije, ki se tradicionalno uporablja v manj razvitih državah, obstaja nekaj pomanjkanja podatkov o reprezentativnosti tega vira energije za svetovno energetsko matriko. Vendar pa po poročilu ANEEL približno 14% energije, porabljene na svetu, prihaja iz tega vira, po drugi študiji Jornal Brasileiro de Pneumologia pa 90% domov v podeželskih regijah v revnih državah uporablja energijo iz sežiganja biomase ( les, oglje, živalski gnoj ali kmetijski odpadki), zlasti v podsaharski Afriki in Aziji.
Uporaba biomase v termoelektrarnah je vse bolj pogosta in se uporablja za doseganje območij, ki jih omrežje ne pokriva, na primer osamljenih podeželskih skupnosti. Vse pogostejša je tudi uporaba sistemov soproizvodnje, ki združujejo proizvodnjo električne energije prek biomase s proizvodnjo toplote in s tem povečujejo energetsko učinkovitost proizvodnih sistemov.
Kaj je soproizvodnja?
Biomasa, kot sta premog ali drva, je tisto, kar premika velike dele termoelektričnih generatorjev. Ne glede na vrsto goriva in motor, ti generatorji izgubijo večino energije, ki jo gorivo vsebuje, v obliki toplote. Energija biomase, izgubljena v okolju v obliki toplote, v povprečju predstavlja od 60% do 70% celotne energije goriva. Tako je učinkovitost generatorja približno približno 30% do 40%.
Ker številne stavbe in industrije potrebujejo ogrevanje (za notranje okolje ali ogrevanje vode), je bil razvit sistem soproizvodnje, s pomočjo katerega se toplota, proizvedena pri proizvodnji električne energije, vključi v proizvodni proces v obliki pare. Glavna prednost tega sistema je prihranek goriva za postopek ogrevanja. Tako se energetska učinkovitost sistema poveča in doseže do 85% energije iz biomase goriva.
Biomasa v Braziliji
Trenutno je vir z največjim potencialom za uporabo kot biomasa za proizvodnjo električne energije v državi bagasse iz sladkornega trsa. V sektorju sladkorja in alkohola nastaja velika količina odpadkov, ki se lahko uporabljajo kot biomasa, predvsem v sistemih soproizvodnje. Druge sorte zelenjave z velikim potencialom za proizvodnjo električne energije so palmovo olje, ki ima povprečno letno produktivnost na hektar štirikrat višjo kot pri sladkornem trsu, buritiju, babassu in andiroba. Pojavljajo se kot alternativa za oskrbo z električno energijo v osamljenih skupnostih, zlasti v amazonski regiji.
Ko se iz sladkornega trsa proizvaja etanol, se približno 28% trsa spremeni v bagasse. Ta bagasse je biomasa, ki se pogosto uporablja v obratih za proizvodnjo nizkotlačne pare, ki se uporablja v protitlačnih turbinah v ekstrakcijski opremi (63%) in pri proizvodnji električne energije (37%). Večina nizkotlačne pare, ki zapusti rastline, se uporablja za postopek in ogrevanje soka (24%) in v destilacijski napravi. V povprečju vsaka naprava potrebuje približno 12 kWh električne energije, vrednost, ki jo lahko zagotovijo ostanki biomase sami. Drugi kmetijski ostanki z veliko možnosti za uporabo kot biomasa pri proizvodnji električne energije so riževe lupine, indijski oreščki in kokosove lupine.
Poti za pretvorbo biomase
Vire biomase lahko razvrstimo med: lesno zelenjavo (les), nelesenasto zelenjavo (saharidi, celulozni, škrobni in vodni), organske ostanke (kmetijske, industrijske, mestne) in biotekočine (rastlinska olja). Pot pretvorbe biomase je raznolika in zahvaljujoč tem pretvorbenim tehnologijam je mogoče dobiti več vrst biogoriv, kot so etanol, metanol, biodizel in bioplin. Glavni procesi pretvorbe biomase so:
Neposredno zgorevanje
Materiale, kot so les in vse sorte organskih odpadkov (kmetijske, industrijske in mestne), lahko izgorevamo, da proizvedemo energijo. Proces zgorevanja je sestavljen iz pretvorbe kemijske energije, ki obstaja v teh virih biomase, v toploto. Za energetske namene se neposredno izgorevanje biomase izvaja v pečeh in pečeh. Kljub praktičnosti je postopek neposrednega zgorevanja precej neučinkovit. Poleg tega imajo goriva, ki jih je mogoče uporabiti v postopku, običajno visoko vlažnost (v primeru drv 20% ali več) in nizko gostoto energije, kar otežuje skladiščenje in prevoz.
Uplinjanje
Gre za tehnologijo, ki se uporablja za urbane in industrijske organske odpadke ter les. Plinifikacija je sestavljena iz pretvorbe virov trdne biomase v pline s pomočjo termokemijskih reakcij, ki vključujejo vročo paro in zrak ali kisik v količinah, nižjih od najnižje za izgorevanje. Nastala plinska sestava je mešanica ogljikovega monoksida, vodika, metana, ogljikovega dioksida in dušika, tako da se ti deleži razlikujejo glede na procesne pogoje, zlasti glede na zrak ali kisik, uporabljen pri oksidaciji . Gorivo, ki nastane pri zgorevanju te biomase, je bolj vsestransko (lahko ga uporabljamo v motorjih z notranjim zgorevanjem in tudi v plinski turbini) in čisto (spojine, kot je žveplo, ki jih med postopkom lahko odstranimo) kot različice na trda goriva. Poleg tega,iz uplinjanja je mogoče pridobiti sintetični plin, ki ga lahko uporabimo za sintezo katerega koli ogljikovodika.
Piroliza
Piroliza, znana tudi kot karbonizacija, je najstarejši postopek pretvorbe vira biomase (običajno lesa) v drugo gorivo (oglje) z dvakrat večjo energijsko gostoto kot izvorni material. Tudi organski ostanki kmetijskega izvora so pogosto izpostavljeni pirolizi - v tem primeru je treba ostanke predhodno stisniti. Metoda je sestavljena iz segrevanja materiala v okolju, v katerem je "skorajda odsotnost" zraka. Piroliza proizvaja tudi gorivni plin, katran in piro-les, materiale, ki se pogosto uporabljajo v industrijskem sektorju. Rezultat postopka se močno razlikuje od stanja prvotnega materiala (količina in vlažnost). Za proizvodnjo ene tone oglja bo morda potrebno od štiri do deset ton drv.
Transesterifikacija
Gre za kemični postopek, ki spremeni biomaso rastlinskih olj v vmesni produkt, in sicer iz reakcije med dvema alkoholoma (metanolom in etanolom) in bazo (natrijev ali kalijev hidroksid). Produkta transesterifikacije te vrste biomase sta glicerin in biodizel, gorivo, ki ima podobne pogoje kot dizelsko gorivo in se lahko uporablja v motorjih z notranjim zgorevanjem, za uporabo v vozilih ali v mirovanju.
Anaerobna prebava
Tako kot piroliza mora tudi anaerobna prebava potekati v okolju z "skorajda odsotnostjo" kisika. Prvotna biomasa se pod vplivom bakterij razgradi, tako kot se naravno pojavlja pri skoraj vseh organskih spojinah. Organske odpadke, kot so živalski gnoj in industrijski odpadki, je mogoče obdelati z anaerobno prebavo (tista, ki nastane v odsotnosti kisika) v biodigestorjih. Zaradi delovanja bakterij pride do potrebnega segrevanja za razgradnjo, vendar je v regijah ali v času mraza morda potrebna dodatna toplota. Končni produkt anaerobne prebave je bioplin, ki je v bistvu sestavljen iz metana (50% do 75%) in ogljikovega dioksida. Nastali odplaki se lahko uporabljajo kot gnojilo.
Fermentacija
Gre za biološki postopek, ki se izvede z delovanjem mikroorganizmov (običajno kvasovk), ki pretvorijo sladkorje v virih biomase, kot so sladkorni trs, koruza, pesa in druge rastlinske vrste, v alkohol. Končni rezultat fermentacije biomase je proizvodnja etanola in metanola.
Uporaba biomase
Biomasa velja za obnovljiv vir energije in je bila uporabljena za nadomestitev fosilnih goriv, kot sta nafta in premog, za proizvodnjo električne energije v termoelektrarnah in za oddajanje manjše količine onesnažujočih plinov v primerjavi z neobnovljivimi. Kljub temu, da kurjenje biomase ni fosilno gorivo, je eden največjih svetovnih virov strupenih plinov, delcev in toplogrednih plinov.
V primeru izgorevanja velikih površin, bodisi gozdov, savan ali drugih vrst rastlinja, emisija žvepla povzroči spremembe pH deževnice, kar prispeva k pojavu kislega dežja. Emisije metana in ogljikovega dioksida prispevajo h krepitvi učinka tople grede, živo srebro pa vodi do kontaminacije vodnih teles in omogoča tvorbo metil živega srebra, snovi, ki škoduje zdravju ljudi.
Ponavljajoča se in dolgotrajna izpostavljenost materialu, ki nastane v procesu zgorevanja biomase v zaprtih prostorih (peči na drva, kamini itd.), Je bila povezana s povečanjem akutnih okužb dihal pri otrocih, kar velja za glavni vzrok smrtnosti v državah v razvoju. Poleg tega je povezan tudi s povečanjem kroničnih obstruktivnih pljučnih bolezni, pnevmokonioze (bolezni, ki jo povzroča vdihavanje prahu), pljučne tuberkuloze, sive mrene in slepote. Pri gorenju trsne slame je prebivalstvo, ki prebiva na območju, ki obdaja posevek sladkornega trsa, približno šest mesecev skozi vse leto izpostavljeno prahu iz zgorele biomase.
Iz tega razloga Nacionalni svet za okolje (Conama) določa mejne vrednosti emisij za onesnaževala zraka iz procesov proizvodnje toplote pri zunanjem zgorevanju biomase sladkornega trsa, kar omogoča uravnavanje emisij in blažijo družbeno-okoljske vplive, povezane s sežiganjem biomase.
Biomasa ponuja tudi možnost pridelave iz najrazličnejših materialov, ki trgu zagotavlja prožnost in varnost, v nasprotju s fosilnimi gorivi, predvsem oljem. Druga stvar je, da pri uporabi organskih kmetijskih, industrijskih in mestnih odpadkov za proizvodnjo električne energije prejmejo bolj "trajnostno" destinacijo kot preprosto odstranjevanje. Glede na študijo je večina kmetijskih ostankov v Braziliji koruza, soja, riž in pšenica, prva dva pa so surovine, ki se pogosto uporabljajo za proizvodnjo biodizla.
Brazilija ima ugodne pogoje za proizvodnjo energije iz biomase, na primer obstoj velikih kmetijskih površin, ki se lahko uporabljajo za proizvodnjo biomase, in skozi celo leto prejema intenzivno sončno sevanje. Vendar obstaja zaskrbljenost glede proizvodnje biogoriv prve generacije, ki neposredno uporabljajo rastlinsko surovino. V tem primeru bi se biogoriva lahko borila s konkurenčnimi razmerami za obdelovalne površine s kmetijskim sektorjem, kar bi ogrozilo prehransko varnost prebivalstva. Drugo vprašanje, povezano z velikimi zemljišči, je vprašanje ohranjanja okolja. Poleg konkurence s kmetijstvom bi lahko biogoriva na koncu pritiskala tudi na območja, namenjena ohranjanju okolja.
