Shvatite kako je moguće transformirati organski otpad u električnu energiju, takozvanu biomasu
Biomasa je sva organska tvar biljnog ili životinjskog podrijetla koja se koristi u svrhu proizvodnje energije, poput ugljena, drva za ogrjev, vreće šećerne trske, između ostalog. Budući da se radi o raspršenom i niskoefikasnom izvoru energije, koji se tradicionalno koristi u manje razvijenim zemljama, izvjestan je nedostatak podataka o reprezentativnosti ovog izvora energije za svjetsku energetsku matricu. Međutim, prema izvještaju ANEEL-a, oko 14% energije koja se troši u svijetu dolazi iz ovog izvora, a prema drugoj studiji Jornal Brasileiro de Pneumologia, 90% domova u ruralnim regijama u siromašnim zemljama koristi energiju izgaranjem biomase ( drvo, ugljen, stajski gnoj ili poljoprivredni otpad), posebno u subsaharskoj Africi i Aziji.
Upotreba biomase u termoelektranama postaje sve češća i koristi se za dosezanje područja koja nisu pokrivena mrežom za opskrbu električnom energijom, poput izoliranih ruralnih zajednica. Uporaba kogeneracijskih sustava koji kombiniraju proizvodnju električne energije biomasom s proizvodnjom topline, povećavajući energetsku učinkovitost proizvodnih sustava, također je sve češća.
Što je kogeneracija?
Biomasa, poput ugljena ili drva za ogrjev, pokreće velike dijelove termoelektričnih generatora. Bez obzira na vrstu goriva i motor, ovi generatori gube većinu energije sadržane u gorivu u obliku topline. U prosjeku, energija biomase koja se u okolišu gubi u obliku topline predstavlja 60% do 70% ukupne energije goriva. Dakle, učinkovitost generatora je oko otprilike 30% do 40%.
Kako mnoge zgrade i industrije zahtijevaju grijanje (za unutarnji okoliš ili za grijanje vode), razvijen je sustav kogeneracije kroz koji se toplina proizvedena u proizvodnji električne energije uključuje u proces proizvodnje u obliku pare. Glavna prednost ovog sustava je ušteda goriva za postupak grijanja. Dakle, energetska učinkovitost sustava raste, dosežući do 85% energije biomase goriva.
Biomasa u Brazilu
Trenutno je resurs s najvećim potencijalom koji se koristi kao biomasa u proizvodnji električne energije u zemlji vreća šećerne trske. Sektor šećera i alkohola stvara veliku količinu otpada koji se može koristiti kao biomasa, uglavnom u kogeneracijskim sustavima. Ostale sorte povrća s velikim potencijalom za proizvodnju električne energije su palmino ulje koje ima prosječnu godišnju produktivnost po hektaru četiri puta veću od proizvodnje šećerne trske, buritija, babassua i andiroba. Pojavljuju se kao alternative za opskrbu električnom energijom u izoliranim zajednicama, posebno u regiji Amazon.
Kada se etanol proizvodi iz šećerne trske, oko 28% trske pretvara se u bagasse. Ova vreća je biomasa koja se obično koristi u postrojenjima za proizvodnju niskotlačne pare koja se koristi u protutlačnim turbinama u ekstrakcijskoj opremi (63%) i u proizvodnji električne energije (37%). Većina pare pod niskim pritiskom koja ostavlja biljke koristi se za proces i zagrijavanje soka (24%) i u uređaju za destilaciju. U prosjeku za svaki uređaj treba oko 12 kWh električne energije, vrijednost koju mogu dobiti sami ostaci biomase. Ostali poljoprivredni ostaci s velikim potencijalom koji se mogu koristiti kao biomasa u proizvodnji električne energije su rižine ljuske, indijski oraščići i kokosove ljuske.
Rute pretvorbe biomase
Izvori biomase mogu se klasificirati kao: drvenasto povrće (drvo), nedrvenasto povrće (saharidi, celulozno, škrobno i vodeno), organski ostaci (poljoprivredni, industrijski, urbani) i biotekućine (biljna ulja). Putovi pretvorbe biomase su raznoliki i zahvaljujući ovim tehnologijama pretvorbe moguće je dobiti nekoliko vrsta biogoriva poput etanola, metanola, biodizela i bioplina. Glavni procesi pretvorbe biomase su:
Izravno izgaranje
Materijali poput drva i svih vrsta organskog otpada (poljoprivredni, industrijski i gradski) mogu se podvrgnuti izgaranju kako bi se proizvela energija. Proces izgaranja sastoji se od pretvaranja kemijske energije u tim izvorima biomase u toplinu. U energetske svrhe izravno sagorijevanje biomase vrši se u pećima i pećima. Unatoč praktičnosti, postupak izravnog izgaranja obično je prilično neučinkovit. Uz to, goriva koja se mogu koristiti u procesu uglavnom imaju visoku vlažnost zraka (20% ili više u slučaju drva za ogrjev) i malu gustoću energije, što otežava skladištenje i transport.
Plinifikacija
To je tehnologija koja se primjenjuje na urbani i industrijski organski otpad i drvo. Plinifikacija se sastoji od pretvaranja izvora krute biomase u plinove putem termokemijskih reakcija, uključujući vruću paru i zrak ili kisik u količinama ispod minimuma za izgaranje. Rezultirajući sastav plina smjesa je ugljičnog monoksida, vodika, metana, ugljičnog dioksida i dušika, tako da se ti udjeli razlikuju u skladu s procesnim uvjetima, posebno u odnosu na zrak ili kisik koji se koriste u oksidaciji . Gorivo generirano izgaranjem ove biomase više je svestrano (može se koristiti u motorima s unutarnjim izgaranjem, a također i u plinskoj turbini) i čisto (spojevi poput sumpora mogu se ukloniti tijekom postupka) od verzija na kruto gorivo. Osim toga,moguće je proizvesti sintetički plin iz rasplinjavanja, koji se može primijeniti u sintezi bilo kojeg ugljikovodika.
Piroliza
Piroliza, također poznata i kao karbonizacija, najstariji je postupak pretvaranja izvora biomase (obično drva) u drugo gorivo (ugljen) dvostruko veće gustoće energije od izvornog materijala. Organski ostaci poljoprivrednog podrijetla također su često podvrgnuti pirolizi - u ovom slučaju, ostaci se moraju prethodno zbiti. Metoda se sastoji od zagrijavanja materijala u okruženju u kojem postoji "gotovo odsutnost" zraka. Pirolizom se također proizvode gorivo, katran i piro-drvo, materijali koji se široko koriste u industrijskom sektoru. Rezultat postupka uvelike se razlikuje od stanja izvornog materijala (količina i vlažnost). Za proizvodnju jedne tone drvenog ugljena mogu biti potrebne četiri do deset tona drva za ogrjev.
Transesterifikacija
To je kemijski postupak koji biomasu biljnih ulja pretvara u međuprodukt, iz reakcije između dva alkohola (metanol i etanol) i baze (natrijev ili kalijev hidroksid). Proizvodi za transesterifikaciju ove vrste biomase su glicerin i biodizel, gorivo koje ima uvjete slične dizelskom i može se primijeniti u motorima s unutarnjim izgaranjem, za automobilsku ili stacionarnu uporabu.
Anaerobna probava
Poput pirolize, anaerobna probava mora se odvijati u okruženju s "gotovo odsutnošću" kisika. Izvorna biomasa razgrađuje se djelovanjem bakterija, baš kao što se prirodno javlja kod gotovo svih organskih spojeva. Organski otpad, poput životinjskog gnoja i industrijskog otpada, može se tretirati anaerobnom probavom (onom koja se događa u nedostatku kisika) u biodigestorima. Djelovanje bakterija uzrokuje potrebno zagrijavanje da bi došlo do razgradnje, međutim, u regijama ili hladnim vremenima može biti potrebna primjena dodatne topline. Konačni proizvod anaerobne probave je bioplin koji se u osnovi sastoji od metana (50% do 75%) i ugljičnog dioksida. Stvoreni otpadni voda može se koristiti kao gnojivo.
Vrenje
To je biološki postupak koji se provodi djelovanjem mikroorganizama (obično kvasca) koji šećere prisutne u izvorima biomase, poput šećerne trske, kukuruza, repe i drugih biljnih vrsta, pretvaraju u alkohol. Konačni rezultat fermentacije biomase je proizvodnja etanola i metanola.
Primjenjivost biomase
Biomasa se smatra obnovljivim izvorom energije i korištena je za zamjenu fosilnih goriva, poput nafte i ugljena, za proizvodnju električne energije u termoelektranama i za ispuštanje manje količine zagađujućih plinova u odnosu na neobnovljive. Međutim, iako nije fosilno gorivo, prema studiji, izgaranje biomase jedan je od najvećih svjetskih izvora otrovnih plinova, čestica i stakleničkih plinova.
U slučaju izgaranja velikih površina, bilo šuma, savana ili drugih vrsta vegetacije, emisija sumpora dovodi do promjena pH kišnice, što pridonosi pojavi kiselih kiša. Emisije metana i ugljičnog dioksida pridonose jačanju efekta staklenika, a živa dovodi do onečišćenja vodenih tijela i omogućuje stvaranje metil žive, tvari štetne za ljudsko zdravlje.
Ponavljajuće i produljeno izlaganje materijalu dobivenom postupkom sagorijevanja biomase u zatvorenom (peći na drva, kamini itd.) Povezano je s porastom akutnih respiratornih infekcija u djece, što se smatra glavnim uzrokom smrtnosti u zemljama u razvoju. Uz to, povezan je i s porastom kroničnih opstruktivnih plućnih bolesti, pneumokonioze (bolesti uzrokovane udisanjem prašine), plućne tuberkuloze, katarakte i sljepoće. U slučaju spaljivanja slame od trske, stanovništvo koje živi na području oko usjeva šećerne trske izloženo je prašini iz izgarane biomase približno šest mjeseci tijekom cijele godine.
Iz tog razloga, Nacionalno vijeće za okoliš (Conama) postavlja ograničenja emisije zagađivača zraka iz procesa stvaranja topline iz vanjskog izgaranja biomase šećerne trske, što omogućuje regulaciju emisija i ublažiti društveno-okolišne utjecaje povezane s izgaranjem biomase.
Biomasa također nudi mogućnost proizvodnje od najrazličitijih materijala, pružajući fleksibilnost i sigurnost tržištu, za razliku od samih fosilnih goriva, uglavnom nafte. Druga je stvar da, kada koriste organski poljoprivredni, industrijski i urbani otpad za proizvodnju električne energije, oni dobivaju „održivije“ odredište od jednostavnog odlaganja. Prema studiji, većina poljoprivrednih ostataka u Brazilu su kukuruz, soja, riža i pšenica, a prva dva su sirovine koje se često koriste za proizvodnju biodizela.
Brazil ima povoljne uvjete za proizvodnju energije iz biomase, poput postojanja velikih poljoprivrednih površina, koja se mogu koristiti za proizvodnju biomase, i prima intenzivno sunčevo zračenje tijekom cijele godine. Međutim, postoji zabrinutost u vezi s proizvodnjom biogoriva prve generacije koja izravno koriste biljnu sirovinu. U ovom slučaju, biogoriva bi se mogla boriti sa situacijama konkurencije za obradivo zemljište s poljoprivrednim sektorom, dovodeći u pitanje sigurnost hrane. Sljedeće pitanje vezano uz velike površine zemlje je pitanje očuvanja okoliša. Osim što se natječu s poljoprivredom, biogoriva bi na kraju mogla vršiti pritisak na područja namijenjena očuvanju okoliša.
