Forstå hvordan det er muligt at omdanne organisk affald til elektrisk energi, den såkaldte biomasse
Biomasse er alt organisk materiale af vegetabilsk eller animalsk oprindelse, der bruges til at producere energi, såsom kul, brænde, sukkerrør bagasse, blandt andre. Da det er en spredt og laveffektiv energikilde, der traditionelt anvendes i mindre udviklede lande, er der en vis mangel på data vedrørende repræsentativiteten af denne energikilde til verdens energimatrix. Ifølge en ANEEL-rapport kommer omkring 14% af den energi, der forbruges i verden, imidlertid fra denne kilde, og ifølge en anden undersøgelse foretaget af Jornal Brasileiro de Pneumologia bruger 90% af boliger i landdistrikter i fattige lande energi fra afbrænding af biomasse ( træ, trækul, husdyrgødning eller landbrugsaffald), især i Afrika syd for Sahara og Asien.
Anvendelsen af biomasse i termoelektriske anlæg er blevet mere og mere almindelig og bruges til at nå områder, der ikke er dækket af elforsyningsnetværket, såsom isolerede landdistrikter. Brugen af kraftvarmesystemer, der kombinerer produktion af elektrisk energi gennem biomasse med produktion af varme, hvilket øger energieffektiviteten i produktionssystemer, er også blevet mere og mere almindelig.
Hvad er kraftvarmeproduktion?
Biomasse, såsom kul eller brænde, er det, der bevæger store dele af termoelektriske generatorer. Uanset brændstoftype og motor mister disse generatorer det meste af energien i brændstoffet i form af varme. I gennemsnit udgør den biomasseenergi, der går tabt til miljøet i form af varme, 60% til 70% af den samlede brændselsenergi. Generatorens effektivitet er således ca. 30% til 40%.
Da mange bygninger og industrier kræver opvarmning (til det indre miljø eller til opvarmning af vand), blev der udviklet et kraftvarmesystem, hvorigennem den varme, der produceres i elproduktionen, indgår i produktionsprocessen i form af damp. Den største fordel ved dette system er brændstofbesparelser til opvarmningsprocessen. Således øges energieffektiviteten i systemet og når op til 85% af brændstoffets biomasseenergi.
Biomasse i Brasilien
I øjeblikket er den ressource, der har det største potentiale til at blive brugt som biomasse til elproduktion i landet, sukkerrør bagasse. Sukker- og alkoholsektoren genererer en stor mængde affald, der kan bruges som biomasse, hovedsageligt i kraftvarmesystemer. Andre vegetabilske sorter med stort potentiale for produktion af elektricitet er palmeolie, som har en gennemsnitlig årlig produktivitet pr. Hektar fire gange højere end sukkerrør, buriti, babassu og andiroba. De fremstår som alternativer til levering af elektricitet i isolerede samfund, især i Amazonas-regionen.
Når ethanol produceres af sukkerrør, omdannes ca. 28% af sukkerrøret til bagasse. Denne bagasse er en biomasse, der almindeligvis bruges i anlæg til produktion af lavtryksdamp, som bruges i modtryksturbiner i ekstraktionsudstyr (63%) og til elproduktion (37%). Det meste af lavtryksdampen, der forlader planterne, bruges til processen og opvarmningen af saften (24%) og i destillationsapparatet. I gennemsnit kræver hver enhed cirka 12 kWh elektricitet, en værdi, der kan leveres af selve biomasseresterne. Andre landbrugsrester med stort potentiale til at blive brugt som biomasse til produktion af elektricitet er risskaller, cashewnødder og kokosnøddeskaller.
Konverteringsveje for biomasse
Kilderne til biomasse kan klassificeres som: træagtige grøntsager (træ), ikke-træagtige grøntsager (saccharider, celluloseholdige, stivelsesholdige og akvatiske), organiske rester (landbrug, industri, by) og biovæsker (vegetabilske olier). Ruterne til omdannelse af biomasse er forskellige, og det er takket være disse omdannelsesteknologier, at det er muligt at opnå flere sorter biobrændstoffer som ethanol, methanol, biodiesel og biogas. De vigtigste konverteringsprocesser for biomasse er:
Direkte forbrænding
Materialer som træ og alle sorter af organisk affald (landbrug, industri og by) kan udsættes for forbrænding for at generere energi. Forbrændingsprocessen består i at omdanne den kemiske energi i disse biomassekilder til varme. Til energiformål sker den direkte forbrænding af biomasse i ovne og ovne. På trods af anvendeligheden har den direkte forbrændingsproces tendens til at være ret ineffektiv. Derudover har de brændstoffer, der kan bruges i processen, generelt høj luftfugtighed (20% eller mere i tilfælde af brænde) og lav energitæthed, hvilket gør opbevaring og transport vanskelig.
Forgasning
Det er en teknologi anvendt til by- og industrielt organisk affald og træ. Forgasning består i at omdanne faste biomassekilder til gasser gennem termokemiske reaktioner, der involverer varm damp og luft eller ilt i mindre end minimumsmængder til forbrænding. Den resulterende gassammensætning er en blanding af carbonmonoxid, hydrogen, methan, carbondioxid og nitrogen, således at disse forhold varierer i henhold til procesbetingelserne, især i forhold til den luft eller ilt, der anvendes i oxidationen. . Det brændstof, der genereres ved forbrændingen af denne biomasse, er mere alsidig (kan bruges i forbrændingsmotorer og også i en gasturbine) og rent (forbindelser som svovl kan fjernes under processen) end versioner med fast brændstof. Udover det,det er muligt at fremstille syntetisk gas fra forgasning, som kan anvendes i syntesen af ethvert carbonhydrid.
Pyrolyse
Pyrolyse, også kendt som karbonisering, er den ældste proces til omdannelse af en biomassekilde (typisk træ) til et andet brændstof (trækul) med energitæthed dobbelt så højt som kildematerialet. Organiske rester af landbrugsoprindelse udsættes også ofte for pyrolyse - i dette tilfælde skal resterne tidligere komprimeres. Metoden består i opvarmning af materialet i et miljø, hvor der næsten ikke er luft. Pyrolyse producerer også brændstofgas, tjære og pyro-træ, materialer, der er meget anvendte i den industrielle sektor. Resultatet af processen varierer meget fra det originale materiales tilstand (mængde og fugtighed). Til produktion af et ton trækul skal du muligvis bruge fire til ti tons brænde.
Transesterificering
Det er en kemisk proces, der omdanner biomassen af vegetabilske olier til et mellemprodukt fra reaktionen mellem to alkoholer (methanol og ethanol) og en base (natrium- eller kaliumhydroxid). Produkterne til transesterificering af denne type biomasse er glycerin og biodiesel, et brændstof, der har samme betingelser som diesel og kan anvendes i forbrændingsmotorer til køretøjs- eller stationær brug.
Anaerob fordøjelse
Ligesom pyrolyse skal anaerob fordøjelse finde sted i et miljø med "næsten fravær" af ilt. Den oprindelige biomasse undergår nedbrydning ved bakteriernes virkning, ligesom den forekommer naturligt med næsten alle organiske forbindelser. Organisk affald, såsom husdyrgødning og industriaffald, kan behandles gennem anaerob fordøjelse (det, der forekommer i fravær af ilt) i biofordøjere. Virkningen af bakterierne bevirker, at den nødvendige opvarmning for nedbrydningen kan forekomme, men i regioner eller koldtider kan det være nødvendigt at påføre yderligere varme. Slutproduktet af anaerob fordøjelse er biogas, som i det væsentlige består af methan (50% til 75%) og kuldioxid. Det genererede spildevand kan bruges som gødning.
Fermentering
Det er en biologisk proces, der udføres ved virkning af mikroorganismer (normalt gær), der omdanner sukkerarterne, der er til stede i biomassekilder, såsom sukkerrør, majs, rødbeder og andre vegetabilske arter, til alkohol. Det endelige resultat af biomassegæring er produktionen af ethanol og methanol.
Anvendelighed af biomasse
Biomasse betragtes som en vedvarende energikilde og er blevet brugt til at erstatte fossile brændstoffer, såsom olie og kul, til at generere elektricitet i termoelektriske anlæg og til at udsende en mindre mængde forurenende gasser sammenlignet med ikke-vedvarende. På trods af at det ikke er et fossilt brændstof, er afbrænding af biomasse ifølge en undersøgelse imidlertid en af verdens største kilder til giftige gasser, partikler og drivhusgasser.
I tilfælde af afbrænding af store områder, hvad enten det er skove, savanner eller andre former for vegetation, fører svovlemissionen til ændringer i pH i regnvand, hvilket bidrager til forekomsten af sur regn. Emissioner af metan og kuldioxid bidrager til at intensivere drivhuseffekten, og kviksølv fører til forurening af vandlegemer og muliggør dannelse af methylkviksølv, et stof, der er skadeligt for menneskers sundhed.
Tilbagevendende og langvarig eksponering for materiale genereret fra biomasseforbrændingsprocessen indendørs (brændeovne, pejse osv.) Har været forbundet med en stigning i akutte luftvejsinfektioner hos børn, hvilket betragtes som en væsentlig årsag til dødelighed. i udviklingslande. Derudover er det også forbundet med en stigning i kroniske obstruktive lungesygdomme, pneumokoniose (sygdom forårsaget af indånding af støv), lungetuberkulose, grå stær og blindhed. I tilfælde af brænding af sukkerrørstrå udsættes befolkningen i området omkring sukkerrørsafgrøden for støv fra den brændte biomasse i ca. seks måneder i løbet af året.
Af denne grund fastsætter det nationale miljøråd (Conama) emissionsgrænser for luftforurenende stoffer fra varmeproduktionsprocesser fra ekstern forbrænding af sukkerrørsbiomasse, hvilket gør det muligt at regulere emissioner og afbøde de socio-miljømæssige virkninger forbundet med afbrænding af biomasse.
Biomasse giver også muligheden for at blive produceret af en lang række materialer, hvilket giver markedet fleksibilitet og sikkerhed, forskelligt fra selve fossile brændstoffer, hovedsagelig olie. Et andet punkt er, at når de bruger organisk landbrugs-, industri- og byaffald til at producere elektricitet, modtager de en mere "bæredygtig" destination end simpel bortskaffelse. Ifølge en undersøgelse er de fleste landbrugsrester i Brasilien majs, sojabønner, ris og hvede, hvoraf de første to er råmaterialerne, der ofte bruges til produktion af biodiesel.
Brasilien har gunstige betingelser for produktion af energi fra biomasse, såsom eksistensen af store landbrugsområder, som kan bruges til produktion af biomasse, og modtager intens solstråling hele året. Der er dog bekymring over produktionen af første generations biobrændstoffer, der bruger den vegetabilske råvare direkte. I dette tilfælde kan biobrændstoffer bekæmpe situationer med konkurrence om landbrugsjord med landbrugssektoren, hvilket sætter befolkningens fødevaresikkerhed i fare. Et andet spørgsmål relateret til store landområder er spørgsmålet om miljøbeskyttelse. Ud over at konkurrere med landbruget kan biobrændstoffer ende med at lægge pres på områder, der er bestemt til miljøbeskyttelse.
