Förstå hur det är möjligt att omvandla organiskt avfall till elektrisk energi, den så kallade biomassan
Biomassa är allt organiskt material av vegetabiliskt eller animaliskt ursprung som används för att producera energi, såsom kol, ved, sockerrör bagasse, bland andra. Eftersom det är en spridd och lågeffektiv energikälla, som traditionellt används i mindre utvecklade länder, finns det en viss brist på data angående representativiteten för denna energikälla för världens energimatris. Enligt en ANEEL-rapport kommer emellertid cirka 14% av den energi som konsumeras i världen från denna källa och enligt en annan studie av Jornal Brasileiro de Pneumologia använder 90% av hushållen på landsbygden i fattiga länder energi från att bränna biomassa ( trä, kol, djurgödsel eller jordbruksavfall), särskilt i Afrika söder om Sahara och Asien.
Användningen av biomassa i termoelektriska anläggningar har blivit allt vanligare och används för att nå områden som inte täcks av elförsörjningsnätet, såsom isolerade landsbygdssamhällen. Användningen av kraftvärmesystem, som kombinerar generering av elektrisk energi genom biomassa med värmeproduktion, vilket ökar energieffektiviteten i produktionssystem, blir också allt vanligare.
Vad är kraftvärme?
Biomassa, som kol eller ved, är det som rör stora delar av termoelektriska generatorer. Oavsett bränsletyp och motor förlorar dessa generatorer det mesta av energin i bränslet i form av värme. I genomsnitt representerar den biomassaenergi som förloras till miljön i form av värme 60-70% av den totala bränslenergin. Således är generatorns verkningsgrad cirka 30% till 40%.
Eftersom många byggnader och industrier kräver uppvärmning (för den inre miljön eller för uppvärmning av vatten) utvecklades ett kraftvärmeanläggning, genom vilket värmen som produceras i elproduktionen införlivas i produktionsprocessen i form av ånga. Den största fördelen med detta system är bränslebesparingarna för uppvärmningsprocessen. Således ökar systemets energieffektivitet och når upp till 85% av bränslets biomassenergi.
Biomassa i Brasilien
För närvarande är den resurs som har störst potential att användas som biomassa i elproduktionen i landet sockerrörsbagasse. Socker- och alkoholsektorn genererar en stor mängd avfall som kan användas som biomassa, främst i kraftvärme. Andra vegetabiliska sorter med stor potential för produktion av el är palmolja, som har en genomsnittlig årlig produktivitet per hektar fyra gånger högre än för sockerrör, buriti, babassu och andiroba. De förekommer som alternativ för elförsörjning i isolerade samhällen, särskilt i Amazonasregionen.
När etanol produceras från sockerrör förvandlas cirka 28% av sockerröret till bagasse. Denna bagasse är en biomassa som ofta används i anläggningarna för produktion av lågtrycksånga, som används i mottrycksturbiner i utvinningsutrustningen (63%) och för elproduktion (37%). Det mesta av lågtrycksångan som lämnar växterna används för process och uppvärmning av saften (24%) och i destillationsapparaten. I genomsnitt kräver varje enhet cirka 12 kWh el, ett värde som kan levereras av själva biomassaresterna. Andra jordbruksrester med stor potential att användas som biomassa vid produktion av el är risskal, cashewnötskal och kokosnötskal.
Omvandlingsvägar för biomassa
Källorna till biomassa kan klassificeras som: träiga grönsaker (trä), icke-träiga grönsaker (sackarider, cellulosa, stärkelse och vattenlevande), organiska rester (jordbruks-, industri-, stads-) och biovätskor (vegetabiliska oljor). Omvandlingsvägarna för biomassa är olika, och det är tack vare dessa omvandlingstekniker som det är möjligt att erhålla flera varianter av biodrivmedel som etanol, metanol, biodiesel och biogas. De viktigaste omvandlingsprocesserna för biomassa är:
Direkt förbränning
Material som trä och alla sorter av organiskt avfall (jordbruk, industri och städer) kan utsättas för förbränning för att generera energi. Förbränningsprocessen består i att omvandla den kemiska energi som finns i dessa biomassakällor till värme. För energisyfte utförs direkt förbränning av biomassa i ugnar och spisar. Trots användbarheten tenderar den direkta förbränningsprocessen att vara ganska ineffektiv. Dessutom har de bränslen som kan användas i processen i allmänhet hög luftfuktighet (20% eller mer vid ved) och låg energitäthet, vilket gör det svårt att lagra och transportera.
Förgasning
Det är en teknik som används för urbana och industriella organiska avfall och trä. Förgasning består i att omvandla fasta biomassakällor till gaser genom termokemiska reaktioner, som involverar het ånga och luft eller syre i mindre än minimimängder för förbränning. Den resulterande gaskompositionen är en blandning av kolmonoxid, väte, metan, koldioxid och kväve, så att dessa proportioner varierar beroende på processförhållandena, särskilt i förhållande till luften eller syret som används vid oxidationen . Bränslet som genereras från förbränningen av denna biomassa är mer mångsidigt (det kan användas i förbränningsmotorer och även i en gasturbin) och rent (föreningar som svavel kan avlägsnas under processen) än versionerna med fast bränsle. Förutom det,det är möjligt att framställa syntetisk gas från förgasning, vilken kan appliceras vid syntes av vilket kolväte som helst.
Pyrolys
Pyrolys, även känd som förkolning, är den äldsta processen att omvandla en biomassakälla (vanligtvis trä) till ett annat bränsle (kol) med energitäthet dubbelt så högt som källmaterialet. Organiska rester av jordbruksursprung utsätts också ofta för pyrolys - i detta fall måste resterna tidigare komprimeras. Metoden består av att värma upp materialet i en miljö där det nästan inte finns någon luft. Pyrolys producerar också bränslegas, tjära och pyro-trä, material som ofta används inom industrisektorn. Resultatet av processen varierar mycket från originalmaterialets skick (kvantitet och fuktighet). För produktion av ett ton kol kan det behövas fyra till tio ton ved.
Transförestring
Det är en kemisk process som förvandlar biomassan av vegetabiliska oljor till en mellanprodukt, från reaktionen mellan två alkoholer (metanol och etanol) och en bas (natrium- eller kaliumhydroxid). Produkterna för omförestring av denna typ av biomassa är glycerin och biodiesel, ett bränsle som uppvisar förhållanden som liknar diesel och kan appliceras i förbränningsmotorer, för fordon eller stationär användning.
Anaerob matsmältning
Liksom pyrolys måste anaerob matsmältning äga rum i en miljö med "nästan frånvaro" av syre. Den ursprungliga biomassan genomgår sönderdelning genom bakterieverkan, precis som den förekommer naturligt med nästan alla organiska föreningar. Organiskt avfall, såsom djurgödsel och industriavfall, kan behandlas genom anaerob matsmältning (det som sker i frånvaro av syre) i biodigesters. Bakteriens verkan orsakar den nödvändiga uppvärmningen för sönderdelningen, men i regioner eller tider med kyla kan applicering av ytterligare värme vara nödvändig. Slutprodukten av anaerob matsmältning är biogas, som i huvudsak består av metan (50% till 75%) och koldioxid. Det genererade utflödet kan användas som gödningsmedel.
Jäsning
Det är en biologisk process som utförs genom verkan av mikroorganismer (vanligtvis jäst) som omvandlar sockerarter som finns i biomassakällor, såsom sockerrör, majs, rödbetor och andra vegetabiliska arter, till alkohol. Det slutliga resultatet av biomassajäsning är produktionen av etanol och metanol.
Tillämpningen av biomassa
Biomassa anses vara en förnybar energikälla och har använts för att ersätta fossila bränslen, såsom olja och kol, för att generera elektricitet i termoelektriska anläggningar och för att släppa ut en mindre mängd förorenande gaser jämfört med icke förnybara. Trots att det inte är ett fossilt bränsle, är en biobränsle enligt en studie en av världens största källor till giftiga gaser, partiklar och växthusgaser.
Vid bränning av stora områden, vare sig det är skogar, savannor eller andra typer av vegetation, leder utsläppet av svavel till förändringar i pH i regnvatten, vilket bidrar till förekomsten av surt regn. Utsläpp av metan och koldioxid bidrar till att växthuseffekten intensifieras och kvicksilver leder till kontaminering av vattenkroppar och möjliggör bildning av metylkvicksilver, ett ämne som är skadligt för människors hälsa.
Återkommande och långvarig exponering för material genererat från förbränningsprocessen inom biomassa inomhus (vedspisar, eldstäder etc.) har associerats med en ökning av akuta luftvägsinfektioner hos barn, vilket anses vara en viktig orsak till dödlighet. i utvecklingsländer. Dessutom är det också förknippat med en ökning av kroniska obstruktiva lungsjukdomar, pneumokonios (en sjukdom orsakad av inandning av damm), lungtuberkulos, grå starr och blindhet. När det gäller förbränning av sockerrör utsätts befolkningen i området kring sockerrörskörden för damm från den brända biomassan i cirka sex månader under hela året.
Av detta skäl fastställer National Environment Council (Conama) utsläppsgränser för luftföroreningar från värmeproduktionsprocesser från extern förbränning av sockerrörsbiomassa, vilket gör det möjligt att reglera utsläpp och mildra de socio-miljöeffekter som är förknippade med förbränning av biomassa.
Biomassa erbjuder också möjligheten att produceras av ett brett utbud av material, vilket ger marknaden flexibilitet och säkerhet, till skillnad från själva fossila bränslen, främst olja. En annan punkt är att när de använder ekologiskt jordbruks-, industri- och stadsavfall för att producera elektricitet får de en mer ”hållbar” destination än enkel bortskaffande. Enligt en studie är de flesta jordbruksresterna i Brasilien majs, sojabönor, ris och vete, de två första är de råvaror som ofta används för produktion av biodiesel.
Brasilien har gynnsamma förutsättningar för produktion av energi från biomassa, till exempel förekomsten av stora jordbruksområden, som kan användas för produktion av biomassa, och får intensiv solstrålning under hela året. Det finns emellertid oro när det gäller produktion av första generationens biobränslen, som använder den vegetabiliska råvaran direkt. I det här fallet kan biodrivmedel bekämpa situationer med konkurrens om åkermark med jordbrukssektorn, vilket riskerar befolkningens livsmedelssäkerhet. En annan fråga relaterad till stora markområden är frågan om miljövård. Förutom att konkurrera med jordbruket kan biobränslen sluta sätta press på områden som är avsedda för miljövård.
