Cercetări privind optimizar ea procesului de mărunțire a biomasei cu ajutorul morilor cu ciocane [609698]

Cercetări privind optimizar ea procesului de mărunțire a biomasei cu ajutorul morilor cu ciocane
Autor: Ing. Georgiana MOICEANU Cond. științific: Prof.univ.dr.ing.Gheorghe VOICU
13 Capitolul 1
Introducere. Importanța și obiectivele tezei de doctorat

Într-un efort susținut pentru reducerea emisiilor de bioxid de carbon și scăderea presiunii
asupra consumului combustibililor fosili, Uniunea Europeană, prin Summitul UE, a stabilit ca
până în anul 2020 un procent de 20% din totalul consumului energetic să fie asigurat prin
valorificarea surselor de energie regenerabilă.
Resursele regenerabile cel mai des promovat e în ultimii ani sunt formate din culturi
energetice destinate obținerii de energie cu cheltuieli minime [ (C.J.Atkinson, may 2009) ].
Cercetările experimentale ef ectuate de oamenii de știința au dus la concluzia că resu rsele
provenite din biomasă pot fi transformate în orice formă de energie. Biomasa supusă diferitelor
procese de prelucrare din cadrul fluxului tehnologic duce la produse finite diferite destinate
consumatorilor. Aceste costuri sunt puternic influențate de costurile cumulate ale proceselor
din fluxul tehnologic, așa că cercetătorii urmăresc optimizarea fiecarei etape, cu obiectivul de
a reduce consumul energetic, de a prelungi durata de viață a echipamentelor folosite, și de a
spori calitatea produselor fin ale.
Terenurile pentru cultivarea plantelor energetice sunt alese conform sistemelor de
producere a biomasei. Avantajele clare ale cultivării plantelor energetice sunt date de faptul ca
tipul acesta de plante nu necesită soluri speciale de cultivare, se cultivă o singură dată și se pot
exploata anual, până la 25 ani de la plantarea inițială. Aceste avantaje fac ca aceste plante să fie
considerate surse eficiente de energie regenerabilă, putând fi amplasate pe terenuri în afara
asolamentelor. Aceste plante pot fi cultivate chiar și pe terenuri înmlăștinite, sau temporar
inundate, terenuri care altfel ar putea fi considerate inutile pentru culturi uzuale.
Utilizarea biomasei trebuie promovată în toate sectoarele energetice de bază ( încălzire,
electricitate , biocombustibili pentru transport ) deoarece poate aduce beneficii semnificative
sociale și economice atât pentru zonele rurale, cât și pentru cele urbane. Biomasa utilizată
pentru obținerea de brichete și pelete combustibile poate fi: lemn, deșeuri din lemn, tulpinile
plantelor cerealiere și tehnice, deșeuri a gricole, salcia energetică, miscanthus etc. [84 – teza
geo]. Toate acestea sunt caracterizate de o productivitate ridicată pe unitatea de suprafață.
Dezvoltarea surselor regenerabile de energie care ajută la asigurarea energiei în viitor,
este recunoscută de către guverne la nivel mondial ca parte vitală a agendei de durabilitate
mondială , [80 – teza geo]. Resursele de biomas ă pot fi convertite în mod teoretic, dar și practic
în orice forma de energie. Pe fluxul tehnologic de obținere a biocombustibililor solizi materiile
prime si materiile auxiliare utilizate sunt supuse mai multor operații prin care sunt transformate
în produs fin it și anume: brichete sau peleți . Conform cercetătorilor procesul de prelucrare este
influențat de proprietățile fizico -mecanic e, chimice si tehnologice ale plantelor energetice
utilizate.
Odată cu atingerea maturității, biomasa trebuie să fie recoltată și prelucrată cu anumite
tehnologii și echipamente speciale.
Una din problemele principale legate de cultivarea și utilizarea biomasei ca sursă de
energie regenerabi lă, este dată de volumul ridicat. Costurile cu transportul cresc cu cât masa
volumică este mai mică, astfel că biomasa este trecută printr -o serie de procese de prelucrare,
cu scopul reducerii volumului de material, cu ajutorul operațiilor de tocare grosieră inițială și
mărunțire fină.
Între culturile energetice care pot fi menționa te se regăsesc:

Cercetări privind optimizar ea procesului de mărunțire a biomasei cu ajutorul morilor cu ciocane
Autor: Ing. Georgiana MOICEANU Cond. științific: Prof.univ.dr.ing.Gheorghe VOICU
14 • Salcia energetică și stuful chinezesc (miscantthus/iarba elefantului), sunt două dintre
plantele cultivate pentru proprietățile lor calorice superioare. Specialiștii spun că în condițiile
climatice de la noi din țară ar putea fi cultivate atât salcia energ etică, cât și miscanthus. Puterea
calorică a unui kilogram de salcie este de 5,7 kWh, iar a unui kilogram de miscanthus – 4,75
kWh, în timp ce puterea calorică a unui kilogram de materie lemnoasă foioasă este de 3,1 -4,2
kWh. Încălzirea cu plante energetice este de 10 ori mai ieftină decât cea cu motorină și cu 30%
decât cea cu gaz. Salcia energetică este o plantă cu creștere rapidă (cca. 3 – 3,5 cm/zi, aducând
în primul an 4 – 6 lăstari și ajungând la 2 – 3 m înălțime. Întreținerea culturii este foarte simp lă,
o bună parte a lucrărilor fiind executată înainte și la începutul vegetației: arătura adâncă,
dezinfectarea solului, plantarea și combaterea mecanică a buruienilor. În continuare, salcia
crește foarte repede, în anul al doilea tufele aducând 10 – 25 de lăstari, dintre care cca. jumătate
ating înălțimea de 6 – 7 m și diametrul de până la 3 – 4 cm
( (http://inseco.gov.md/2014/09/producerea -biom asei-prin-cultivarea -plantelor -energetice/) .
• Rapița este o plantă ce a cunoscut î n ultimii ani o expansiune mare, în special datorită
folosirii uleiului extras pentru biocombustibili. Suprafața cultivată se extinde mai ales din
cauza prețului bun oferit de fabricile de ulei dar și pentru utilizarea acestuia în domeniul
producerii biodieselului.
• Arundo – este o plantă care are o dublă întrebuințare, folosindu-se atât pentru hrana
animalelor cât și pentru energie regenerabilă. Planta Arundo (Arundo donax L.) provine din
munții Indiei de Est, se poate cultiva prin rizomi, se poate înmulți prin clonare, obținându -se o
plantă asemăn ătoare cu iarba. Are o durată de viață scăzută comparativ cu miscanthus sau iarba
energetică, doar 12 -15 ani. Arundo are o putere calorică de 18 MJ/kg, ceea ce este echivalent
cu puterea calorică a lemnului.

Tabelul 1.1 Cantitatea de energie produsă pe an de diverse culturi energetice (
(http://inseco.gov.md/2014/09/producerea -biomasei -prin-cultivarea -plantelor -energetice/)
Plantă Intrări Ieșiri Creștere
(*ori) Cantitatea de energie pe an (MJ/ha)
Miscanthus 9224 300000 32,53
Salcie energetică 6003 180000 29,99
Rapiță 19390 72000 3,76
Grâu 21465 189338 8,82

Totodată trebuie menționat faptul că energia extrasă din biomasă, folosită atât pentru
obținerea de curent electric, cât și a agentului termic pentru locuințe, ridică, mai nou, probleme
de etică, întrucât în multe zone ale lumii e nevoie mai degrabă de hra nă, decât de combustibili.
Ideea acestei probleme etice consideră adoptarea cultivării biomasei ca sursă regenerabilă de
energie scade volumul suprafețelor de teren necesare cultivării plantelor pentru hrană, într -o
epocă în care presiunea pe alimente cre ște accelerat. Deși folosirea biomasei în scopuri
energetice este una dintre cerințele Uniunii Europene, există voci care susțin că folosirea acestei
resurse necesită precizări și reconsiderări. Motivele scepticilor sunt două: poluarea și lipsa de
hrană. L a fel ca și energiile obținute din combustibilii fosili, energia produsă din biomasă
provine din energia solară înmagazinată în plante, prin procesul de fotosinteză. Principala
diferență dintre cele două forme de energie este următoarea: combustibilii fosi li nu pot fi

Cercetări privind optimizar ea procesului de mărunțire a biomasei cu ajutorul morilor cu ciocane
Autor: Ing. Georgiana MOICEANU Cond. științific: Prof.univ.dr.ing.Gheorghe VOICU
15 transformați în energie utilizabilă decât după mii de ani, în timp ce energia biomasei este
regenerabilă, putând fi folosită an de an.
Totuși, o situație în care sursele de combustibili fosili s -ar epuiza, fără a fi pregătiți cu
alte surse alternative de energie, ar avea un impact catastrofal asupra societății mondiale.
Impactul adus de utilizarea biocombustibililor fosili în ultimii zeci/sute de ani,
aducând în mediul înconjurător un aport de bioxid de carbon mult peste posibilitățile
”plămânilor planetei’’ (plante le și arborii vii), de a -l consuma în perioada lor de creștere , a
început să fie remarcat abia în ultimii câțiva ani, deși semnalele de alarmă au fost date de
oamenii de știință cu mult timp înainte. Dezghețarea calotelor glaciare, deșertificarea anumitor
zone ale planetei, schimbările climatice, sunt doar câteva din problemele aduse de efectul de
seră provocat de cantitățile foarte mari de bioxid de carbon din atmosferă.
Recomandarea oamenilor de știință de a utiliza energie regenerabilă din culturi
energetice își are originea tocmai din cauza ace stui considerent. Aceștia urmăresc dimi nuarea
efectelor nocive asupra Terrei, recomandând utilizarea energiilor regenerabile.
Astfel , prin intermediul evaluării teoretice și experimentale a proceselor de prelucrare
mecanică prin mărunțire din cadrul procesului tehnologic de obținere a biocombustibililor
solizi , se urmărește îmbunătățirea performanțelor echipamentelor care realizează aceste
operații , precum și stabilirea regimurilor optime de lucru. Obiectivul principal al lucrării face
referire la optimizarea procesului de mărunțire a biomasei cu ajutorul morilor cu ciocane. Între
obiectivele specifice ale acestei teze se numără:
• identificarea factorilor care infl uențează procesul de mărunțire a plantelor
energetice (biomasei);
• studiul construcției echipamentelor de mărunțit biomasă cu precădere a morilor
cu ciocane;
• studiul teoretic al procesului de lucru efectuat de organele de lucru ale morilor
cu ciocane;
• modelarea ma tematică a procesului de lucru al morilor cu ciocane;
• simularea solicitărilor în organele de lucru ale morilor cu ciocane;
• determinarea influenței tipului de ciocan asupra gradului de mărunțire a
plantelor energetice;
• determinarea influenței turației rotor ului cu ciocane asupra gradului de mărunțire
a plantelor energetice (miscanthus și salcie);
• determinarea influenței dimensiunii sitei asupra gradului de mărunțire a
plantelor energetice;
• stabilirea unor corelații între parametrii proc esului de mărunțire a l morilor cu
ciocane, în vederea îmbunătățirii acestuia.