Βιομάζα
Τι ονομάζουμε βιομάζα;
Βιομάζα ονομάζουμε τη συνολική μάζα των φυτικών και ζωικών οργανισμών που ζουν και συντηρούνται σ’ ένα οικοσύστημα. Βιομάζα, με λίγα λόγια, ονομάζεται οτιδήποτε είναι ζωντανό. Είναι, επίσης, οτιδήποτε ήταν ζωντανό πριν από λίγο καιρό. Τα δέντρα, υπολείμματα καλλιεργειών (άχυρα), τα οργανικά απορρίμματα των πόλεων και τα ζωικά απόβλητα αποτελούν τη βιομάζα. Το μεγαλύτερο μέρος της βιομάζας που χρησιμοποιούμε σήμερα για να πάρουμε ενέργεια αποτελείται από ξύλο. Καίμε τα ξύλα για να παράγουμε θερμότητα.
Η κύρια πηγή ενέργειας της βιομάζας είναι η ηλιακή ενέργεια, η οποία δεσμεύεται από τα φυτά και μετατρέπεται, μέσω της φωτοσύνθεσης, σε χημική ενέργεια με τη μορφή οργανικών ενώσεων. Από την επίδραση του ηλιακού φωτός σχηματίζονται κάθε χρόνο σε παγκόσμια κλίμακα 200 δισεκατομμύρια τόνοι βιομάζας, που ισοδυναμούν θεωρητικά με 100 δισεκατομμύρια τόνους πετρελαίου.
Τα δέντρα που καλλιεργούνται ειδικά για να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο πετρέλαιο είναι μόλις 10 δισεκατομμύρια τόνοι. Τα φυτά αποθηκεύουν την ενέργεια αυτή στα φύλλα και τις ρίζες τους. Όταν τρώμε τη βιομάζα (φρούτα, λαχανικά κ.ά.), χρησιμοποιούμε αυτή την αποθηκευμένη ενέργεια για να κινηθούμε και να μεγαλώσουμε. Όταν καίμε τη βιομάζα, χρησιμοποιούμε την παραγόμενη ενέργεια για να παραγάγουμε θερμότητα. Μπορούμε, επίσης, να μετατρέψουμε την ενέργεια της βιομάζας σε αέρια και υγρά καύσιμα.
Ιστορία της βιομάζας
Η βιομάζα είναι η πρώτη πηγή ενέργειας που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος. Οι πρώτοι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν αποκλειστικά βιομάζα για καύσιμη ύλη. Η θερμότητα που απελευθερωνόταν κατά τη διάρκεια της καύσης, χρησιμοποιήθηκε από τους πρώτους ανθρώπους για να ζεσταθούν, να προφυλαχτούν (δηλαδή για να φοβίσουν τα άγρια ζώα), να δουν το βράδυ (λίπος ζώων και λάδι σε λυχνάρια και καντήλια, δάδες και δαυλούς, κεριά κ.ά.) αλλά και για να μαγειρέψουν.
Αργότερα, χρησιμοποίησαν τη φωτιά για να ψήσουν τον πηλό και να κατασκευάσουν αγγεία και άλλα αντικείμενα και για να λιώσουν μέταλλα και να κατασκευάσουν ισχυρότερα όπλα και άλλα εργαλεία, αλλά και για να εξουδετερώσουν ασθένειες.
Αλλά και μέχρι σήμερα, πολλοί φτωχοί αγροτικοί πληθυσμοί, ιδίως της Αφρικής, της Ινδίας και της Λατινικής Αμερικής, για να ζεσταθούν, να μαγειρέψουν και να φωτιστούν χρησιμοποιούν ξύλα, φυτικά υπολείμματα (άχυρα, πριονίδια, άχρηστους καρπούς ή κουκούτσια) και ζωικά απόβλητα (κοπριά, λίπος ζώων, άχρηστα αλιεύματα).
Πέρασαν πολλά χρόνια μέχρι ο άνθρωπος να εκμεταλλευτεί και άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως το νερό και τον άνεμο δημιουργώντας κυρίως ανεμόμυλους, υδρόμυλους και άλλες απλές μηχανικές κατασκευές.
Πλεονεκτήματα της βιομάζας
Αποτροπή του φαινομένου του θερμοκηπίου.
Η βιομάζα δε συνεισφέρει στην παραγωγή CO2, αφού οι παραγόμενες κατά την καύση ποσότητες CO2 δεσμεύονται εκ νέου μέσω της φωτοσύνθεσης.
Δεν επιβαρύνει την ατμόσφαιρα με SO2, γιατί η βιομάζα δεν περιέχει θείο.
Μείωση της ενεργειακής εξάρτησης από εισαγόμενα καύσιμα, εξοικονόμηση συναλλάγματος.
Εξασφάλιση θέσεων εργασίας και συγκράτηση των αγροτικών πληθυσμών.
Μειονεκτήματα της βιομάζας
Μεγάλος όγκος και υψηλή περιεκτικότητα υγρασίας ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας.
Δυσκολία συλλογής, μεταφοράς, αποθήκευσης, έναντι συμβατικών καυσίμων.
Υψηλό κόστος αξιοποίησης – Δαπανηρές εγκαταστάσεις και εξοπλισμός.
Χωρική διασπορά και εποχιακή παραγωγή.
Για την παραγωγή ενέργειας από βιομάζα συνεργάζονται δύο διαφορετικού χαρακτήρα συστήματα: ένα σύστημα τροφοδοσίας που παράγει, συλλέγει και παραδίδει το καύσιμο και ένας σταθμός που παράγει και διαθέτει τον ηλεκτρισμό.
Η βιομάζα και πώς τη χρησιμοποιούμε
Η βιομάζα χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Ειδικότερα, μπορεί να αξιοποιηθεί για την κάλυψη ενεργειακών αναγκών (θέρμανσης, ψύξης, ηλεκτρισμού κ.λπ.) και ακόμα για την παραγωγή υγρών βιοκαυσίμων .
Επίσης, η αξιοποίησή της μπορεί να γίνει με τη μετατροπή της σε μεγάλη ποικιλία προϊόντων, με διάφορες μεθόδους και τη χρήση σχετικά απλής τεχνολογίας. Σαν πλεονέκτημά της καταγράφεται και το ότι κατά την παραγωγή και τη μετατροπή της δε δημιουργούνται οικολογικά και περιβαλλοντολογικά προβλήματα.
Η θέρμανση με ξύλα είναι ένα παράδειγμα χρησιμοποίησης της βιομάζας ως ενεργειακής πηγής και είναι γνωστή εδώ και πάρα πολλά χρόνια. Το καύσιμο βιομάζας είναι γνωστό στην Ελλάδα κι ως πέλετ (τα οποία προκύπτουν από τη μηχανική συμπίεση πριονιδιού, χωρίς την προσθήκη χημικών ή συγκολλητικών ουσιών).
Σήμερα οι κύριες εφαρμογές της βιομάζας ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας είναι:
Θέρμανση θερμοκηπίων: χρησιμοποιείται η βιομάζα σαν καύσιμο σε κατάλληλους λέβητες για τη θέρμανση θερμοκηπίων.
Θέρμανση κτιρίων με καύση βιομάζας σε ατομικούς/κεντρικούς λέβητες: χρησιμοποιούνται ατομικοί/κεντρικοί λέβητες πυρηνόξυλου για τη θέρμανση κτιρίων.
Παραγωγή ενέργειας σε γεωργικές βιομηχανίες: χρησιμοποιείται από γεωργικές βιομηχανίες, στις οποίες η βιομάζα προκύπτει σε σημαντικές ποσότητες σαν υπόλειμμα ή υποπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας και έχουν αυξημένες απαιτήσεις σε θερμότητα. Ελαιοτριβεία, πυρηνελαιουργεία, βιομηχανίες ρυζιού καθώς και βιοτεχνίες κονσερβοποίησης καίνε τα υπολείμματά τους (υπολείμματα εκκοκκισμού, πυρηνόξυλο, φλοιοί και κουκούτσια αντίστοιχα) για την κάλυψη των θερμικών τους αναγκών ή και μέρος των αναγκών τους σε ηλεκτρική ενέργεια.
Παραγωγή ενέργειας σε βιομηχανίες ξύλου: Τα υπολείμματα βιομηχανιών επεξεργασίας ξύλου (πριονίδι, πούδρα, ξακρίδια κ.λπ.) χρησιμοποιούνται για την κάλυψη των θερμικών αναγκών τους, καθώς και για τη θέρμανση των κτιρίων.
Τηλεθέρμανση: είναι η προμήθεια θέρμανσης χώρων, καθώς και θερμού νερού χρήσης σε ένα σύνολο κτιρίων, έναν οικισμό, ένα χωριό ή μια πόλη, από έναν κεντρικό σταθμό παραγωγής θερμότητας χρησιμοποιώντας ως καύσιμο βιομάζα. H θερμότητα μεταφέρεται με προ-μονωμένο δίκτυο αγωγών από τον σταθμό προς τα θερμαινόμενα κτίρια.
Παραγωγή ενέργειας από βιοαέριο: Το βιοαέριο που παράγεται από βιομάζα καίγεται σε μηχανές εσωτερικής καύσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα, μπορεί να αξιοποιείται η θερμική ενέργεια των καυσαερίων και του ψυκτικού μέσου των μηχανών για να καλυφθούν ανάγκες τις διεργασίας ή και άλλες ανάγκες θέρμανσης (π.χ. θέρμανση κτιρίων).
Παραγωγή βιοκαυσίμων: Υγρά καύσιμα που παράγονται από διάφορους τύπους βιομάζας. Τα βιοκαύσιμα παράγονται από φυτικά υλικά, συγκεκριμένα είδη καλλιεργειών και από ανακυκλωμένα ή χρησιμοποιημένα σπορέλαια. Η χρήση των βιοκαυσίμων στα οχήματα έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα από τον τομέα των μεταφορών.
Χαρακτηριστικά βιομάζας
Ανεξαρτήτως της πηγής προέλευσής της, οι διεργασίες μετατροπής της βιομάζας σε ενέργεια επηρεάζονται από τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της. Οι τιμές των ιδιοτήτων αυτών δεν είναι σταθερές και μπορεί να διαφέρουν σημαντικά αναλόγως της πηγής προέλευσης της βιομάζας.
Τα εν λόγω χαρακτηριστικά δεν επηρεάζουν μόνο από τεχνικής πλευράς τα έργα αξιοποίησης της βιομάζας αλλά, τελικά, τη βιωσιμότητα ολόκληρης της επένδυσης. Κατά συνέπεια, η πλήρης κατανόηση της σημασίας τους είναι βασική για την εξέταση της κάθε διεργασίας ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας.
Οι ιδιότητες που θεωρούνται περισσότερο καθοριστικές είναι:
Η περιεκτικότητα σε υγρασία
Η περιεκτικότητα σε τέφρα
Η περιεκτικότητα σε πτητικά στερεά
Η περιεκτικότητα σε αλκαλικά μέταλλα
Η θερμογόνος δύναμη
Η πυκνότητα
Παραγωγή Βιομάζας
Το Πέλετ και η Μπριγκέτα, οι δύο σύγχρονες μορφές της καύσιμης βιομάζας, παράγονται από κάθε υλικό που προέρχεται από ζωντανούς οργανισμούς, όπως είναι το ξύλο και τ’ άλλα προϊόντα του δάσους, τα υπολείμματα γεωργικών καλλιεργειών: άχυρο, βαμβακιές, καλαμποκιές, ηλιοτρόπια, φλοιοί δημητριακών, κουκούτσια, τσόφλια, πυρήνες ελαιοτριβείων, κλαδέματα, τα ενεργειακά φυτά: αγριαγκινάρα, μίσχανθος, ελαιοκράμβη, τα κτηνοτροφικά απόβλητα, τα απορρίμματα της επιπλοποιίας: πριονίδι, ροκανίδι, τσιπς ξυλείας, αλλά και τα απορρίμματα της βιομηχανίας τροφίμων.
Για την παραγωγή καύσιμης βιομάζας, Πέλετ ή Μπριγκέτας υπάρχουν μηχανήματα βιοτεχνικής παραγωγής Πέλετ, βιομηχανικής παραγωγής Πέλετ και βιοτεχνικής παραγωγής Μπριγκέτας και βιομηχανικής παραγωγής Μπριγκέτας. Πραγματοποιούνται συνεχώς δοκιμές παραγωγής Πέλετ από διάφορα υλικά
Πρώτες ύλες και υποστρώματα
Υπολείμματα ξύλου Το ξύλο είναι το συνηθέστερο καύσιμο. Οι διαθέσιμες ποσότητες στις ΗΠΑ ανέρχονται σε 40 εκατομμύρια τόνους ξηράς ουσίας που μπορεί να παράξουν 7500 ΜW βιοισχύος.
Γεωργικά υπολείμματα
Μεγάλες ποσότητες υπολειμμάτων συγκομιδής που παράγονται ετησίως μένουν ανεκμετάλλευτες – Άχυρα σιτηρών, στελέχη καλαμποκιού (φύλλα, μίσχοι, κότσαλα), κλαδέματα οπωρώνων, φλοιοί ρυζιού.
Σημερινή πρακτική είναι να επιστρέφονται στο έδαφος, να καίγονται, να αφήνονται προς αποσύνθεση ή να αποτελούν απόθεμα βοσκής. Για την αξιοποίηση απαραίτητη είναι η ανάπτυξη υποδομών, συλλογής και τροφοδοσίας.
Ενεργειακές καλλιέργειες
Φυτείες που καλλιεργούνται ειδικά για τη χρήση τους ως καύσιμα:
Ταχεία ανάπτυξη
Ανθεκτικές στην ξηρασία και τα παράσιτα
Εύκολη συγκομιδή
Ανταγωνιστικές τιμές
Περιλαμβάνουν δένδρα, θάμνους και πόες:
Υβρίδια λεύκας, ιτιά, αρούντο, ευκάλυπτος, ψευδοακακία
Καλάμι, αγριαγκινάρα, σακχαρούχο σόργο, μίσχανθος
Περίοδος μεταξύ συγκομιδών για ξυλώδεις καλλιέργειες 3-10 έτη.
Αναπτύσσονται σε γεωργικές εκτάσεις που δε χρησιμοποιούνται για καλλιέργεια τροφών.