Forstå hvordan det er mulig å transformere organisk avfall til elektrisk energi, den såkalte biomassen
Biomasse er alt organisk materiale av plante- eller animalsk opprinnelse som brukes til å produsere energi, for eksempel kull, ved, sukkerrør bagasse, blant andre. Siden det er en spredt og laveffektiv energikilde, tradisjonelt brukt i lavutviklede land, er det en viss mangel på data angående representativiteten til denne energikilden for verdens energimatrise. I følge en ANEEL-rapport kommer imidlertid rundt 14% av energien som forbrukes i verden fra denne kilden, og ifølge en annen studie av Jornal Brasileiro de Pneumologia bruker 90% av hjemmene i landlige regioner i fattige land energi fra å brenne biomasse ( tre, kull, husdyrgjødsel eller landbruksavfall), spesielt i Afrika sør for Sahara og Asia.
Bruk av biomasse i termoelektriske anlegg blir stadig mer vanlig og brukes til å nå områder som ikke er dekket av strømforsyningsnettet, for eksempel isolerte landlige samfunn. Bruken av kraftvarmesystemer, som kombinerer generering av elektrisk energi gjennom biomasse med produksjon av varme, og som øker energieffektiviteten til produksjonssystemer, blir også stadig mer vanlig.
Hva er kraftvarmeproduksjon?
Biomasse, som kull eller ved, er det som beveger store deler av termoelektriske generatorer. Uavhengig av drivstofftype og motor, mister disse generatorene mesteparten av energien i drivstoffet i form av varme. I gjennomsnitt representerer biomasseenergien som er tapt for miljøet i form av varme 60% til 70% av den totale drivstoffenergien. Dermed er effektiviteten til generatoren omtrent 30% til 40%.
Ettersom mange bygninger og næringer krever oppvarming (for det indre miljøet eller for oppvarming av vann), ble det utviklet et kraftvarmesystem, hvorved varmen som produseres ved generering av elektrisitet blir innlemmet i produksjonsprosessen i form av damp. Den største fordelen med dette systemet er drivstoffbesparelsene for oppvarmingsprosessen. Dermed øker energieffektiviteten til systemet og når opp til 85% av drivstoffets biomasseenergi.
Biomasse i Brasil
For tiden er ressursen med størst potensial for å bli brukt som biomasse i produksjonen av elektrisitet i landet sukkerrør bagasse. Sukker- og alkoholsektoren genererer en stor mengde avfall som kan brukes som biomasse, hovedsakelig i kraftvarmesystemer. Andre vegetabilske varianter med stort potensial for produksjon av elektrisitet er palmeolje, som har en gjennomsnittlig årlig produktivitet per hektar fire ganger høyere enn sukkerrør, buriti, babassu og andiroba. De fremstår som alternativer for tilførsel av elektrisitet i isolerte samfunn, spesielt i Amazonas-regionen.
Når etanol produseres fra sukkerrør, blir omtrent 28% av stokken omdannet til bagasse. Denne bagasse er en biomasse som ofte brukes i anleggene for produksjon av lavtrykksdamp, som brukes i mottrykksturbiner i utvinningsutstyret (63%) og til produksjon av elektrisitet (37%). Det meste av lavtrykksdampen som forlater plantene brukes til prosess og oppvarming av saften (24%) og i destillasjonsapparatet. I gjennomsnitt krever hver enhet omtrent 12 kWh elektrisitet, en verdi som kan leveres av selve biomassene. Andre jordbruksrester med stort potensial for å bli brukt som biomasse i produksjonen av elektrisitet er risskall, cashewnøtteskall og kokosnøttskall.
Konverteringsveier for biomasse
Kildene til biomasse kan klassifiseres som: treaktige grønnsaker (tre), ikke-treaktige grønnsaker (sakkarider, celluloseholdig, stivelse og vannlevende), organiske rester (jordbruk, industri, by) og biofluider (vegetabilske oljer). Konverteringsveiene for biomasse er forskjellige, og det er takket være disse konverteringsteknologiene at det er mulig å skaffe flere varianter av biodrivstoff som etanol, metanol, biodiesel og biogass. De viktigste konverteringsprosessene for biomasse er:
Direkte forbrenning
Materialer som tre og alle varianter av organisk avfall (jordbruk, industri og by) kan forbrennes for å generere energi. Forbrenningsprosessen består i å transformere den kjemiske energien i disse biomassekildene til varme. For energiformål skjer direkte forbrenning av biomasse i ovner og ovner. Til tross for det praktiske, har den direkte forbrenningsprosessen en tendens til å være ganske ineffektiv. I tillegg har drivstoffene som kan brukes i prosessen generelt høy luftfuktighet (20% eller mer når det gjelder ved) og lav energitetthet, noe som gjør det vanskelig å lagre og transportere.
Forgassning
Det er en teknologi som brukes til urbane og industrielle organiske avfall og tre. Forgassning består i å konvertere faste biomassekilder til gasser gjennom termokjemiske reaksjoner, som involverer varm damp og luft eller oksygen i mengder som er under minimum for forbrenning. Den resulterende gassblandingen er en blanding av karbonmonoksid, hydrogen, metan, karbondioksid og nitrogen, slik at disse proporsjoner varierer i henhold til prosessbetingelsene, spesielt i forhold til luften eller oksygenet som brukes i oksydasjonen. . Drivstoffet som genereres fra forbrenningen av denne biomassen er mer allsidig (det kan brukes i forbrenningsmotorer og også i en gasturbin) og rent (forbindelser som svovel kan fjernes under prosessen) enn de faste drivstoffversjonene. Bortsett fra det,det er mulig å produsere syntetisk gass fra forgassning, som kan påføres i syntesen av hvilket som helst hydrokarbon.
Pyrolyse
Pyrolyse, også kjent som karbonisering, er den eldste prosessen med å konvertere en biomassekilde (vanligvis tre) til et annet drivstoff (kull) med energitetthet dobbelt så høyt som kildematerialet. Organiske rester av landbruksopprinnelse utsettes også ofte for pyrolyse - i dette tilfellet må restene kompakteres tidligere. Metoden består i å varme opp materialet i et miljø der det er "nesten fravær" av luft. Pyrolyse produserer også drivstoffgass, tjære og pyro-tre, materialer som er mye brukt i industrisektoren. Resultatet av prosessen varierer sterkt fra tilstanden til det originale materialet (mengde og fuktighet). For produksjon av ett tonn kull kan det hende du trenger fire til ti tonn ved.
Transesterifisering
Det er en kjemisk prosess som gjør biomassen til vegetabilske oljer til et mellomprodukt, fra reaksjonen mellom to alkoholer (metanol og etanol) og en base (natrium- eller kaliumhydroksyd). Produktene til transesterifisering av denne typen biomasse er glyserin og biodiesel, et drivstoff som har forhold som ligner på diesel og kan brukes i forbrenningsmotorer, for kjøretøy eller stasjonær bruk.
Anaerob fordøyelse
I likhet med pyrolyse, må anaerob fordøyelse finne sted i et miljø med "nesten fravær" av oksygen. Den opprinnelige biomassen gjennomgår spaltning av bakterier, akkurat som den forekommer naturlig med nesten alle organiske forbindelser. Organisk avfall, som husdyrgjødsel og industriavfall, kan behandles gjennom anaerob fordøyelse (den som oppstår i fravær av oksygen) i biofordøyere. Virkningen av bakteriene fører til at den nødvendige oppvarmingen for nedbrytningen kan skje, men i områder eller tider med kulde kan det være nødvendig å påføre tilleggsvarme. Sluttproduktet av anaerob fordøyelse er biogass, som hovedsakelig består av metan (50% til 75%) og karbondioksid. Avløpet som genereres kan brukes som gjødsel.
Gjæring
Det er en biologisk prosess utført av virkningen av mikroorganismer (vanligvis gjær) som omdanner sukker som er tilstede i biomassekilder, som sukkerrør, mais, rødbeter og andre vegetabilske arter, til alkohol. Sluttresultatet av gjæring av biomasse er produksjonen av etanol og metanol.
Anvendeligheten av biomasse
Biomasse regnes som en fornybar energikilde og har blitt brukt til å erstatte fossile brensler, som olje og kull, for å generere elektrisitet i termoelektriske anlegg og for å slippe ut en lavere mengde forurensende gasser sammenlignet med ikke-fornybare. Til tross for at det ikke er et fossilt drivstoff, er brenning av biomasse ifølge en studie en av verdens største kilder til giftige gasser, partikler og drivhusgasser.
I tilfelle brenning av store områder, det være seg skoger, savanner eller andre typer vegetasjon, fører utslipp av svovel til endringer i pH i regnvann, noe som bidrar til forekomsten av surt regn. Utslipp av metan og karbondioksid bidrar til å intensivere drivhuseffekten, og kvikksølv fører til forurensning av vannlegemer og tillater dannelse av metylkvikksølv, et stoff som er skadelig for menneskers helse.
Gjentatt og langvarig eksponering for materiale generert fra forbrenningsprosessen med biomasse innendørs (vedovner, peiser osv.) Har vært assosiert med en økning i akutte luftveisinfeksjoner hos barn, som regnes som en hovedårsak til dødelighet. i utviklingsland. I tillegg er det også forbundet med en økning i kroniske obstruktive lungesykdommer, pneumokoniose (en sykdom forårsaket av innånding av støv), lungetuberkulose, grå stær og blindhet. Når det gjelder å brenne sukkerrørstrå, utsettes befolkningen som bor i området rundt sukkerrøravlingen for støvet fra den brente biomassen i omtrent seks måneder gjennom året.
Av denne grunn setter National Environment Council (Conama) utslippsgrenser for luftforurensninger fra varmegenereringsprosesser fra ekstern forbrenning av sukkerrørbiomasse, som gjør det mulig å regulere utslipp og redusere de sosio-miljømessige konsekvensene knyttet til brenning av biomasse.
Biomasse gir også muligheten for å bli produsert av et bredt spekter av materialer, noe som gir markedet fleksibilitet og sikkerhet, i motsetning til selve fossile brensler, hovedsakelig olje. Et annet poeng er at når de bruker organisk jordbruks-, industri- og byavfall til å produsere elektrisitet, mottar de et mer "bærekraftig" mål enn enkel avhending. I følge en studie er det mest jordbruksavfallet i Brasil mais, soya, ris og hvete, de to første er råvarene som ofte brukes til produksjon av biodiesel.
Brasil har gunstige forhold for produksjon av energi fra biomasse, for eksempel eksistensen av store jordbruksområder, som kan brukes til produksjon av biomasse, og mottar intens solstråling gjennom hele året. Det er imidlertid bekymring for produksjon av første generasjons biodrivstoff, som bruker den vegetabilske råvaren direkte. I dette tilfellet kan biodrivstoff bekjempe konkurransesituasjoner for dyrkbar jord med jordbrukssektoren, noe som kan sette befolkningens matsikkerhet i fare. Et annet spørsmål relatert til store landområder er spørsmålet om miljøvern. I tillegg til å konkurrere med landbruket, kan biodrivstoff ende opp med å legge press på områder som er bestemt for miljøvern.
