Разберете как е възможно органичните отпадъци да се трансформират в електрическа енергия, така наречената биомаса
Биомасата е цялата органична материя от растителен или животински произход, използвана с цел производство на енергия, като дървени въглища, дърва за огрев, захарна тръстика, между другото. Тъй като това е разпръснат и с ниска ефективност енергиен източник, който традиционно се използва в слабо развити страни, има известна липса на данни относно представителността на този енергиен източник за световната енергийна матрица. Според доклад на ANEEL обаче около 14% от енергията, консумирана в света, идва от този източник и според друго проучване на Jornal Brasileiro de Pneumologia 90% от домовете в селските райони в бедните страни използват енергия от изгаряне на биомаса ( дърво, дървени въглища, животински тор или селскостопански отпадъци), особено в Субсахарска Африка и Азия.
Използването на биомаса в термоелектрическите централи става все по-често и се използва за достигане до райони, които не са обхванати от електроснабдителната мрежа, като изолирани селски общности. Използването на системи за когенерация, които комбинират производството на електрическа енергия чрез биомаса с производството на топлина, повишавайки енергийната ефективност на производствените системи, също става все по-често.
Какво е когенерация?
Биомасата, като въглища или дърва за огрев, е това, което движи големи части от термоелектрическите генератори. Независимо от вида на горивото и двигателя, тези генератори губят по-голямата част от енергията, съдържаща се в горивото, под формата на топлина. Средно загубената за околната среда енергия на биомаса под формата на топлина представлява 60% до 70% от общата енергия на горивото. По този начин ефективността на генератора е около приблизително 30% до 40%.
Тъй като много сгради и индустрии се нуждаят от отопление (за вътрешната среда или за отопление на водата), е разработена система за когенерация, чрез която топлината, произведена при производството на електроенергия, се включва в производствения процес под формата на пара. Основното предимство на тази система е икономията на гориво за отоплителния процес. По този начин енергийната ефективност на системата се увеличава, достигайки до 85% от енергията на биомасата на горивото.
Биомаса в Бразилия
В момента ресурсът с най-голям потенциал да се използва като биомаса при производството на електроенергия в страната е захарната тръстика. Секторът на захарта и алкохола генерира голямо количество отпадъци, които могат да се използват като биомаса, главно в когенерационни системи. Други зеленчукови сортове с голям потенциал за производство на електроенергия са палмовото масло, което има средногодишна производителност на хектар четири пъти по-висока от тази на захарната тръстика, бурити, бабасу и andiroba. Те се явяват като алтернативи за доставка на електричество в изолирани общности, особено в района на Амазонка.
Когато етанолът се произвежда от захарна тръстика, около 28% от тръстиката се трансформира в bagasse. Това е биомаса, която обикновено се използва в инсталациите за производство на пара с ниско налягане, която се използва в турбини с противоналягане в екстракционно оборудване (63%) и за производство на електроенергия (37%). Повечето от парата с ниско налягане, която напуска растенията, се използва за процеса и нагряването на сока (24%) и в апарата за дестилация. Средно всяко устройство изисква около 12 kWh електроенергия, стойност, която може да бъде доставена от самите остатъци от биомаса. Други селскостопански остатъци с висок потенциал за използване като биомаса в производството на електроенергия са люспите от ориз, кашуто и кокосовите люспи.
Маршрути за преобразуване на биомаса
Източниците на биомаса могат да бъдат класифицирани като: дървесни зеленчуци (дърво), недървесни зеленчуци (захариди, целулозни, нишестени и водни), органични остатъци (селскостопански, промишлени, градски) и биофлуиди (растителни масла). Начините за преобразуване на биомаса са разнообразни и благодарение на тези технологии за преобразуване е възможно да се получат няколко разновидности биогорива като етанол, метанол, биодизел и биогаз. Основните процеси за преобразуване на биомаса са:
Директно изгаряне
Материали като дърво и всички разновидности на органични отпадъци (селскостопански, промишлени и градски) могат да бъдат подложени на изгаряне с цел генериране на енергия. Процесът на горене се състои в трансформиране на химическата енергия, съществуваща в тези източници на биомаса, в топлина. За енергийни цели директно изгаряне на биомаса се извършва в пещи и печки. Въпреки практичността, процесът на директно изгаряне е доста неефективен. Освен това горивата, които могат да се използват в процеса, обикновено имат висока влажност (20% или повече в случай на дърва за огрев) и ниска енергийна плътност, което затруднява съхранението и транспортирането.
Газификация
Това е технология, прилагана за градски и промишлени органични отпадъци и дървесина. Газификацията се състои в превръщането на твърдите източници на биомаса в газове чрез термохимични реакции, включващи гореща пара и въздух или кислород в по-малко от минималните количества за изгаряне. Полученият газов състав е смес от въглероден окис, водород, метан, въглероден диоксид и азот, така че тези пропорции варират в зависимост от условията на процеса, особено по отношение на въздуха или кислорода, използвани при окислението . Горивото, генерирано от изгарянето на тази биомаса, е по-гъвкаво (може да се използва в двигатели с вътрешно горене, а също и в газова турбина) и чисто (съединения като сяра могат да бъдат отстранени по време на процеса), отколкото версиите с твърдо гориво. Освен, че,възможно е да се получи синтетичен газ от газификация, който може да се приложи за синтеза на всеки въглеводород.
Пиролиза
Пиролизата, известна още като карбонизация, е най-старият процес на превръщане на източник на биомаса (обикновено дърво) в друго гориво (въглен) с енергийна плътност, двойно по-висока от изходния материал. Органичните остатъци от земеделски произход също често се подлагат на пиролиза - в този случай остатъците трябва предварително да бъдат уплътнени. Методът се състои в нагряване на материала в среда, в която има "почти липса" на въздух. Пиролизата също така произвежда горивен газ, катран и пиро-дърво, материали, широко използвани в индустриалния сектор. Резултатът от процеса варира значително от състоянието на оригиналния материал (количество и влажност). За производството на един тон дървени въглища може да са необходими четири до десет тона дърва за огрев.
Трансестерификация
Това е химичен процес, който превръща биомасата на растителните масла в междинен продукт, от реакцията между два алкохола (метанол и етанол) и основа (натриев или калиев хидроксид). Продуктите на трансестерификация на този вид биомаса са глицерин и биодизел, гориво, което представя условия, подобни на дизеловите и може да се прилага в двигатели с вътрешно горене, за автомобилни или стационарни цели.
Анаеробно храносмилане
Подобно на пиролизата, анаеробното храносмилане трябва да се извършва в среда с "почти липса" на кислород. Оригиналната биомаса се разлага под действието на бактерии, точно както се среща естествено с почти всички органични съединения. Органичните отпадъци, като животински тор и промишлени отпадъци, могат да бъдат третирани чрез анаеробно разграждане (това, което се случва при липса на кислород) в биоразградители. Действието на бактериите причинява необходимото нагряване, за да се случи разлагането, но в райони или времена на студ може да е необходимо прилагането на допълнителна топлина. Крайният продукт на анаеробното храносмилане е биогаз, който по същество се състои от метан (50% до 75%) и въглероден диоксид. Генерираните отпадъчни води могат да се използват като тор.
Ферментация
Това е биологичен процес, осъществяван от действието на микроорганизми (обикновено дрожди), които превръщат захарите, присъстващи в източниците на биомаса, като захарна тръстика, царевица, цвекло и други зеленчукови видове, в алкохол. Крайният резултат от ферментацията на биомаса е производството на етанол и метанол.
Приложимост на биомасата
Биомасата се счита за възобновяем енергиен източник и е била използвана за заместване на изкопаеми горива, като нефт и въглища, за производство на електричество в термоелектрическите централи и за отделяне на по-малко замърсяващи газове в сравнение с невъзобновяемите. Въпреки това, въпреки че не е изкопаемо гориво, според проучване изгарянето на биомаса е един от най-големите източници на токсични газове, твърди частици и парникови газове в света.
В случай на изгаряне на големи площи, било то гори, савани или други видове растителност, емисията на сяра води до промени в рН на дъждовната вода, допринасяйки за появата на киселинни дъждове. Емисиите на метан и въглероден диоксид допринасят за засилване на парниковия ефект, а този на живака води до замърсяване на водните тела и позволява образуването на метилживак, вещество, вредно за човешкото здраве.
Повтарящото се и продължително излагане на материал, генериран от процеса на изгаряне на биомаса на закрито (печки на дърва, камини и др.), Е свързано с увеличаване на острите респираторни инфекции при деца, което се счита за основна причина за смъртността в развиващите се страни. Освен това се свързва и с увеличаване на хроничните обструктивни белодробни заболявания, пневмокониоза (заболяване, причинено от вдишването на прах), белодробна туберкулоза, катаракта и слепота. В случай на изгаряне на тръстикова слама, населението, пребиваващо в района около реколтата от захарна тръстика, е изложено на праха от изгорялата биомаса за приблизително шест месеца през цялата година.
Поради тази причина Националният съвет по околна среда (Конама) определя граници на емисиите на замърсители на въздуха от процеси на производство на топлина от външно изгаряне на биомаса от захарна тръстика, което прави възможно регулирането на емисиите и смекчаване на социално-екологичните въздействия, свързани с изгарянето на биомаса.
Биомасата също така предлага възможност да се произвежда от голямо разнообразие от материали, осигурявайки гъвкавост и сигурност на пазара, за разлика от самите изкопаеми горива, главно петрол. Друг момент е, че когато се използват органични селскостопански, промишлени и градски отпадъци за производство на електричество, те получават по-„устойчива“ дестинация от простото изхвърляне. Според проучване, повечето от селскостопанските остатъци в Бразилия са царевица, соя, ориз и пшеница, като първите две са суровините, често използвани за производството на биодизел.
Бразилия има благоприятни условия за производство на енергия от биомаса, като съществуването на големи земеделски площи, които могат да се използват за производството на биомаса, и получава интензивна слънчева радиация през цялата година. Съществува обаче загриженост относно производството на биогорива от първо поколение, които директно използват растителната суровина. В този случай биогоривата биха могли да се борят със ситуации на конкуренция за обработваеми земи със селскостопанския сектор, излагайки на риск продоволствената сигурност на населението. Друг въпрос, свързан с големи парчета земя, е въпросът за опазването на околната среда. В допълнение към конкуренцията със селското стопанство, биогоривата биха могли да окажат натиск върху районите, предназначени за опазване на околната среда.
