מהי ביומסה? דע יתרונות וחסרונות

להבין כיצד ניתן להפוך פסולת אורגנית לאנרגיה חשמלית, מה שמכונה ביומסה

ביומסה

ביומסה היא כל החומרים האורגניים ממקור צמחי או מן החי המשמשים לייצור אנרגיה, כגון פחם, עצי הסקה, קני סוכר, בין היתר. מכיוון שמדובר במקור אנרגיה מפוזר ויעיל במיוחד, המשמש באופן מסורתי במדינות פחות מפותחות, קיים מחסור מסוים בנתונים לגבי הייצוגיות של מקור אנרגיה זה עבור מטריצת האנרגיה העולמית. עם זאת, על פי דוח ANEEL, כ- 14% מהאנרגיה הנצרכת בעולם מגיעה ממקור זה, ועל פי מחקר אחר של Jornal Brasileiro de Pneumologia, 90% מהבתים באזורים כפריים במדינות עניות משתמשים באנרגיה משריפת ביומסה ( עץ, פחם, זבל בעלי חיים או פסולת חקלאית), במיוחד באפריקה שמדרום לסהרה ובאסיה.

השימוש בביומסה במפעלים תרמו-חשמליים נעשה נפוץ יותר ויותר ומשמש להגיע לאזורים שאינם מכוסים על ידי רשת אספקת החשמל, כגון קהילות כפריות מבודדות. השימוש במערכות קוגנרציה, המשלבות ייצור אנרגיה חשמלית באמצעות ביומסה עם ייצור חום, ומגביר את יעילות האנרגיה של מערכות הייצור, נעשה נפוץ יותר ויותר.

מה זה קוגנרציה?

ביומסה, כגון פחם או עצי הסקה, היא המניעה חלקים גדולים של גנרטורים תרמואלקטריים. ללא קשר לסוג הדלק והמנוע, גנרטורים אלו מאבדים את מרבית האנרגיה הכלולה בדלק בצורת חום. בממוצע, אנרגיית הביומסה שאבדה לסביבה בצורת חום מהווה 60% עד 70% מכלל אנרגיית הדלק. לפיכך, יעילות הגנרטור היא סביב 30% עד 40%.

מכיוון שמבנים ותעשיות רבות דורשים חימום (לסביבה הפנימית או לחימום מים), פותחה מערכת קוגנרציה שבאמצעותה משולב החום המיוצר בייצור החשמל בתהליך הייצור בצורת קיטור. היתרון העיקרי של מערכת זו הוא חיסכון בדלק לתהליך החימום. לפיכך, היעילות האנרגטית של המערכת עולה, ומגיעה עד 85% מאנרגיית הביומסה של הדלק.

ביומסה בברזיל

נכון לעכשיו, המשאב בעל הפוטנציאל הגדול ביותר שישמש כביומסה בייצור חשמל במדינה הוא קנה סוכר. תחום הסוכר והאלכוהול מייצר פסולת גדולה שיכולה לשמש כביומסה, בעיקר במערכות קוגנרציה. זני ירקות אחרים בעלי פוטנציאל רב לייצור חשמל הם שמן דקלים, בעל תפוקה שנתית ממוצעת לדונם הגבוה פי ארבעה מזו של קני סוכר, בורי, באבאסו ו אנדרובה. הם נראים כאלטרנטיבות לאספקת חשמל ביישובים מבודדים, במיוחד באזור האמזונס.

כאשר מייצרים אתנול מקנה סוכר, כ 28% מהקנה הופכים לבגאס. Bagasse זה הוא ביומסה הנפוצה בשימוש במפעלים לייצור קיטור בלחץ נמוך, המשמש בטורבינות לחץ נגד בציוד מיצוי (63%) וייצור חשמל (37%). רוב הקיטור בלחץ הנמוך שעוזב את הצמחים משמש לתהליך ולחימום המיץ (24%) ובמנגנון הזיקוק. בממוצע, כל מכשיר דורש כ- 12 קוט"ש חשמל, ערך שניתן לספק על ידי שאריות הביומסה עצמן. שאריות חקלאיות אחרות עם פוטנציאל גבוה לשימוש כביומסה בייצור חשמל הן קליפות אורז, אגוזי קשיו וקליפות קוקוס.

מסלולי המרה לביומסה

ניתן לסווג את מקורות הביומסה: ירקות עציים (עץ), ירקות לא עציים (סכרידים, תאית, עמילניים ומים), שאריות אורגניות (חקלאיות, תעשייתיות, עירוניות) ונוזלים ביולוגיים (שמנים צמחיים). מסלולי ההמרה של ביומסה הם מגוונים, ובזכות טכנולוגיות ההמרה הללו ניתן להשיג מספר זנים של דלקים ביולוגיים כמו אתנול, מתנול, ביו דיזל וביוגז. תהליכי ההמרה העיקריים של ביומסה הם:

בעירה ישירה

חומרים כמו עץ ​​וכל סוגי הפסולת האורגנית (חקלאית, תעשייתית ועירונית) ניתנים לבעירה על מנת לייצר אנרגיה. תהליך הבעירה מורכב מהפיכת האנרגיה הכימית הקיימת במקורות ביומסה אלה לחום. למטרות אנרגיה, בעירה ישירה של ביומסה מתבצעת בתנורים ובכיריים. למרות המעשיות, תהליך הבעירה הישיר נוטה להיות לא יעיל למדי. בנוסף, הדלקים שניתן להשתמש בהם בתהליך הם בדרך כלל בעלי לחות גבוהה (20% ומעלה במקרה של עצי הסקה) וצפיפות אנרגיה נמוכה, מה שמקשה על אחסון ושינוע.

גיזיפיקציה

זוהי טכנולוגיה המיושמת על פסולת אורגנית ועץ אורגנית. גזיפיקציה מורכבת מהמרת מקורות ביומסה מוצקים לגזים באמצעות תגובות תרמו-כימיות, הכוללות אדים חמים ואוויר או חמצן בפחות מכמויות מינימליות לבעירה. הרכב הגז שנוצר הוא תערובת של פחמן חד חמצני, מימן, מתאן, פחמן דו חמצני וחנקן, כך שפרופורציות אלה משתנות בהתאם לתנאי התהליך, במיוחד ביחס לאוויר או לחמצן המשמשים לחמצון. . הדלק הנוצר מהבעירה של ביומסה זו הוא תכליתי יותר (ניתן להשתמש בו במנועי בעירה פנימית וגם בטורבינת גז) ונקי (ניתן להסיר תרכובות כמו גופרית במהלך התהליך) מאשר גרסאות הדלק המוצק. חוץ מזה,ניתן להפיק גז סינטטי מהגז, אשר ניתן ליישם בסינתזה של כל פחמימן.

פירוליזה

פירוליזה, המכונה גם פחמן, היא התהליך העתיק ביותר של המרת מקור ביומסה (בדרך כלל עץ) לדלק אחר (פחם) בעל צפיפות אנרגיה גבוהה פי שניים מחומר המקור. שאריות אורגניות שמקורן חקלאי עוברות לעתים קרובות פירוליזה - במקרה זה, יש לדחוס את השאריות בעבר. השיטה מורכבת מחימום החומר בסביבה בה "כמעט חסר" אוויר. פירוליזה מייצרת גם גז דלק, זפת ופירו-עץ, חומרים שנמצאים בשימוש נרחב במגזר התעשייתי. תוצאת התהליך משתנה מאוד ממצב החומר המקורי (כמות ולחות). לייצור טון אחד של פחם, ייתכן שיהיה צורך בארבע עד עשרה טון עצים להסקה.

הסתברות מחדש

זהו תהליך כימי ההופך את הביומסה של שמנים צמחיים למוצר ביניים, מהתגובה בין שני אלכוהולים (מתנול ואתנול) לבסיס (נתרן או אשלגן הידרוקסיד). המוצרים לביצוע הסברה מחדש של ביומסה מסוג זה הם גליצרין וביו דיזל, דלק המציג תנאים דומים לדיזל וניתן ליישמו במנועי בעירה פנימית לשימוש רכב או נייח.

עיכול אנאירובי

כמו פירוליזה, עיכול אנאירובי חייב להתרחש בסביבה עם "כמעט חסר" חמצן. הביומסה המקורית עוברת פירוק על ידי פעולת חיידקים, בדיוק כפי שהיא מתרחשת באופן טבעי כמעט עם כל התרכובות האורגניות. ניתן לטפל בפסולת אורגנית, כמו זבל של בעלי חיים ופסולת תעשייתית באמצעות עיכול אנאירובי (זה המתרחש בהיעדר חמצן) במעכלים ביולוגיים. פעולת החיידק גורמת לחימום הדרוש להופעת הפירוק, אולם באזורים או בזמנים של קור, ייתכן שיהיה צורך בהפעלת חום נוסף. התוצר הסופי של העיכול האנאירובי הוא ביוגז, המורכב למעשה מתאן (50% עד 75%) ופחמן דו חמצני. הקולחין שנוצר יכול לשמש דשן.

תְסִיסָה

זהו תהליך ביולוגי המתבצע על ידי פעולת מיקרואורגניזמים (בדרך כלל שמרים) הממירים את הסוכרים הנמצאים במקורות ביומסה, כמו קנה סוכר, תירס, סלק ומיני ירקות אחרים, לאלכוהול. התוצאה הסופית של תסיסה ביומסה היא ייצור אתנול ומתנול.

תחולת הביומסה

ביומסה נחשבת כמקור אנרגיה מתחדשת ושימשה להחלפת דלקים מאובנים, כמו נפט ופחם, לייצור חשמל במפעלים תרמואלקטריים ולפליטת כמות נמוכה יותר של גזים מזהמים בהשוואה לאלה המתחדשים. עם זאת, למרות שלא היה דלק מאובנים, על פי מחקר, שריפת ביומסה היא אחד המקורות הגדולים בעולם לגזים רעילים, לחלקיקים ולגזי חממה.

במקרה של שריפת שטחים גדולים, בין אם יערות, סוואנות או סוגים אחרים של צמחייה, פליטת הגופרית מובילה לשינויים ב- pH של מי גשמים, התורמים להופעת גשם חומצי. פליטת מתאן ופחמן דו חמצני תורמת להעצמת אפקט החממה, וזו של כספית מובילה לזיהום גופי מים ומאפשרת יצירת מתיל כספית, חומר מזיק לבריאות האדם.

חשיפה חוזרת וממושכת לחומר הנוצר מתהליך הבעירה ביומסה בתוך הבית (תנורי עץ, קמינים וכו ') נקשרה לעלייה בדלקות בדרכי הנשימה החריפות בקרב ילדים, הנחשבת לגורם מרכזי לתמותה. במדינות מתפתחות. בנוסף, זה קשור גם לעלייה במחלות ריאות חסימות כרוניות, דלקת ריאות (מחלה הנגרמת על ידי שאיפת אבק), שחפת ריאתית, קטרקט ועיוורון. במקרה של שריפת קש ​​קנים, האוכלוסייה השוהה באזור שמסביב ליבול קני הסוכר חשופה לאבק מהביומסה השרופה במשך כחצי שנה לאורך השנה.

מסיבה זו, המועצה הלאומית לאיכות הסביבה (קונמה) קובעת מגבלות פליטה למזהמי אוויר מתהליכי ייצור חום בעירה חיצונית של ביומסה של קני סוכר, המאפשרת ויסות פליטות למתן את ההשפעות החברתיות-סביבתיות הקשורות לשריפת ביומסה.

ביומסה מציעה גם אפשרות לייצר ממגוון רחב של חומרים, תוך מתן גמישות וביטחון לשוק, בניגוד לדלקים מאובנים עצמם, בעיקר נפט. נקודה נוספת היא שכאשר משתמשים בפסולת חקלאית אורגנית, תעשייתית ועירונית לייצור חשמל, הם מקבלים יעד יותר "בר קיימא" מאשר סילוק פשוט. על פי מחקר, מרבית השאריות החקלאיות בברזיל הן תירס, פולי סויה, אורז וחיטה, כאשר שני הראשונים הם חומרי הגלם המשמשים לעתים קרובות לייצור ביו-דיזל.

לברזיל תנאים נוחים לייצור אנרגיה מביומסה, כמו קיומם של שטחים חקלאיים גדולים, אשר יכולים לשמש לייצור ביומסה, ומקבלת קרינת שמש עזה לאורך כל השנה. עם זאת, קיים חשש בנוגע לייצור דלקים ביולוגיים מהדור הראשון המשתמשים ישירות בחומר הגלם הצמחי. במקרה זה, דלקים ביולוגיים עלולים להילחם במצבים של תחרות על אדמה חקלאית מול המגזר החקלאי, מה שמסכן את ביטחון המזון של האוכלוסייה. נושא נוסף הקשור בשטחי אדמה גדולים הוא נושא שמירת הסביבה. בנוסף לתחרות בחקלאות, דלק ביולוגי עלול בסופו של דבר להפעיל לחץ על אזורים המיועדים לשימור הסביבה.