Conversia Biomasei

Conversia biomasei

Majoritatea biomasei care este disponibilă pentru proiecte de bioenergie se prezintă sub forma de material vegetal solid neprocesat, cu un conținut general de umiditate de aproximativ 50%.Există un domeniu larg de resurse de biomasă asociat cu activitatea umană: în mod special, reziduurile și deșeurile din agricultură, din sectorul industrial, deșeurile municipale, din pădure și alte activit ăți economice. Toate aceste resurse pot fi procesate luând în considerare diferite tehnologii: ardere directă (pentru producere de electricitate și/sau căldură, instalații de cogenerare), digestie anaerobă (cogenerare, pentru gaz bogat în metan), fermentare (zaharuri pentru alcool, bioetanol), extracția uleiului (pentru bioetanol), piroliza (pentru mangal, gaz și uleiuri) și gazeificarea (pentru monoxid de carbon CO și syngas bogat în hidrogen).

Una din cele mai vechi metode de producere a energiei pe seama biomasei o reprezintă arderea lemnului. Procedeul nu mai poate fi utilizat astăzi din trei motive, toate întemeiate:

populația globului a crescut foarte mult;

suprafața împădurită a planetei a scăzut dramatic în ultimele decenii;

consecințele dramatice ale defrișărilor, care au condus la amplificarea efectului de seră, principalul consumator de dioxid de carbon, masa verde, nemaiputând să preia cantitățile tot mai mari din acest gaz produse în lume.

Utilizarea biomasei poate fi periculoasă pentru sănătate și mediu. Spre exemplu, la prepararea hranei în încăperi puțin aerisite, se pot forma CO, NOx, formaldehide, particule solide, alte substanțe organice, a căror concentrație poate întrece nivelul admisibil. În plus, utilizarea tradițională a biomasei (de obicei arderea lemnului) favorizează sărăcirea de resurse, de substanțe hrănitoare, probleme legate de micșorarea suprafețelor împădurite.

Există o mare varietate de transformări pe care le poate suferi biomasa, fiecare având o tehnologie și un produs final specific.

Exceptand cazurile in care arderea directa este potrivita, biomasa bruta necesita transformarea in combustibili solizi, lichizi sau gazosi care pot fi folositi pentru producerea de caldura, electricitate si drept combustibil pentru autovehicule. Aceasta conversie se realizeaza prin procese mecanice, termice sau biologice. Procesele mecanice nu sunt strict de transformare deoarece ele nu schimba natura biomasei. Exemple de astfel de procese sunt: sortarea si compactarea deseurilor, procesarea reziduurilor de lemn in baloti, pelete si brichete, tocarea paielor si cocenilor, presarea semintelor oleagenoase. Astfel de procese sunt folosite pentru pretratarea biomasei. Arderea, gazificarea si piroliza sunt exemple de procese termice. Ele produc, fie caldura, fie un gaz sau lichid. Gazul poate fi folosit pentru alimentarea unui motor sau a unei pile de combustie. Lichidul poate fi transformat mai departe in combustibili lichizi sau gazosi. Fermentatia si digestia sunt exemple de procese biologice. Acestea se bazeaza pe activitatea microbiana sau enzimatica de transformare a zaharului in etanol, sau a biomasei in combustibili solizi sau gazosi. In fig. 4 sunt schematizate principalele directii de conversie a biomasei.

Fig. 4. Caile de conversie a biomasei.

Cele mai folosite tehnologii de transformare a biomasei folosesc caldura.

O comparatie intre purtatorii de energie produsi din biomasa poate fi realizata pe baza abilitatii acestora de a produce caldura, electricitate si combustibili pentru motoare. Un mijloc util de comparare a biomasei si combustibililor fosili se bazeaza pe rapoartele lor O:C si H:C, cunoscut ca diagrama Van Krevlen (fig. 5). Cu cat sunt mai mici rapoartele respective, cu atat este mai mare continutul de energie al materiei respective.

De pus figura 5 din Biomasa-material.pdf

Fig. 5. Diagrama Van Krevelen pentru diferiti combustibili fosili.

Orice proces tehnologic poate fi urmat de o serie de tratamente secundare (de exemplu: stabilizare, deshidratare, rafinare) în funcție de produsele finale. Versatilitatea tehnologiilor de procesare a biomasei pentru obținerea de energie în sisteme de producere a energiei, căldurii sau în instalații de cogenerare este redată în tabelul urmator:

Tab. 1.3.1

Selectarea tehnologiilor de procesare depinde de natura și structura biomasei care constituie materia primă sau de produsele rezultate. Din tabelul de mai sus, se poate vedea că arderea directă sau gazeificarea biomasei sunt tehnologii potrivite atunci se doreș te obținerea de căldură și electricitate. Digestia anaerobă, fermentația și extracția uleiului se folosesc pentru acele tipuri de biomasă care conțin uleiuri ușor extractibile și zaharuri sau un conținut ridicat de apă. Numai procesarea termică prin piroliză poate fi utilizată pentru toate tipurile de produse menționate anterior.

Multe tehnologii de prelucrare termică necesită un conținut de apa scăzut (<15%).

Pentru aceste tehnologii costurile cu energia pentru uscare conduc la o scădere semnificativă a eficienței procesului.

De aceea, este important sa fie identificată sursa biomasei, pentru că unele specii de biomasă pot să genereze o mai bună calitate a combustibilului sau a energiei, la un cost mai mic. Înacest scop, programele de “energie din biomasă” sunt construite în jurul acestor specii (Tasmeen A., 2009).

Densitatea energetică și proprietățile fizice ale biomasei sunt factori critici pentru materia primă și trebuie să fie înțelese, pentru a alege tehnologia de procesare.

Un sumar al capacității biomasei de a fi procesată utilizând tehnologiile disponibile este prezentat în tabelul urmator:

Tab. 1.3.2

O industrie a bioenergiei înalt productivă și la scală mare trebuie să utilizeze la maxim resursele de biomasă. O imagine generală prezentată în tabelul 1.3.2, arată că lignoceluloza este constituentul cu cel mai mare volum în biomasă, de aceea procesarea termică și fermentația celulozei odată testate, poate fi una dintre cele mai importante surse pentru bioenergie; alte procese specifice (digestia, extracția uleiului și fermentația) pot fi utilizate ca tratament primar pentru sursele de biomasă cu un conținut semnificativ non-lignocelulozică (Crucible Carbon 2008).

Energia extrasă depinde nu numai de biomasă disponibilă, dar și de tipul de conversie energetică utilizată: utilizarea unor tehnologii mai eficiente produce mai multă energie din aceeași cantitate de biomasă disponibilă.

Generarea de electricitate se poate face în două moduri:

prin arderea directă în centrale electrice;

prin conversia biomasei folosind gazeificarea sau tehnologiile de piroliză.

Gazeificarea se face în instalații speciale care transformă biomasa în gaz combustibil, sau biogaz; acesta este apoi ars în turbine eficiente cu gaz, producând electricitate și căldură.

Prin piroliză, cu ajutorul unui aport exterior de căldură, biomasa este transformată în uleiuri combustibile. Aceste uleiuri sunt apoi arse în centrale electrice convenționale.

Biomasa se folosește la producerea unor combustibili sau a unor aditivi pentru gazolină.

Biocombustibilii reprezintă o ramură a biomasei și provin din plante tehnice.

Biocombustibilii inlocuiesc produsele petroliere (benzina, motorina) si gazele naturale utilizate la autovehicole:

biodieselul este un înlocuitor al motorinei și este PRODUS din plante oleaginoase (rapita, soia, floarea-soarelui);

bioetanolul înlocuiește benzina și este obținut din fermentarea materialelor organice (porumb, sfecla de zahar);

biogazul reprezintă rezultatul descompunerii anaerobe a materiei organice.

Bioetanolul, cel mai răspândit biocombustibil, este un alcool și se produce prin fermentația biomasei într-o tehnologie similară cu aceea folosită la obținerea berii.

Metanolul derivat din biomasă se produce prin gazeificare. Biomasa este transformată într-un gaz de sinteză care este apoi procesat până la obținerea metanolului.

Metanolul obținut din gaze naturale poate fi folosit ca solvent, antigel sau la sinteza altor substanțe chimice. Se folosește în transporturi, în amestec cu gazolină sau la îmbunătățirea altor carburanți.

Biomotorina este un ester (asemănător oțetului) care se poate obține din diferite tipuri de uleiuri cum sunt cel de soia, rapiță sau din grăsimi vegetale sau animale. Se poate fabrica și din deșeuri de ulei de gătit sau din grăsimile care se găsesc în micro-alge.

În mod curent se folosește ca aditiv în combinație cu motorina în proporție de 20% (denumire comercială B20), sau în diferite alte proporții.

Biogazul este gazul produs prin descompunerea materiei organice (reziduuri animale si vegetale, deșeuri menajere etc.) în absența oxigenului.

Componentele principale ale biogaz-ului sunt metanul și dioxidul de carbon. Metanul din biogaz perminte utilizarea acestuia pe post de combustibil, fiind una din sursele de energie regenerabile.

În țările în curs de dezvoltare, biogaz-ul se folosește pentru gătit și încălzire. În țările dezvoltate, în centrele de procesare a deșeurilor, biogaz-ul este transformat în electricitate.