Utilizarea conceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO 2 din mediu Student: ing. Dima Nicoleta -Alexandra Profesor îndrumător: Ș.L. dr. i… [600281]
UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREȘTI
Facultatea INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE
Departament – SISTEME BIOTEHNICE
LUCRARE DE DISERTAȚ IE
Utilizarea conceptului CHAB pentru reducerea
concentrației de CO 2 din mediu
Student: [anonimizat]. Dima Nicoleta -Alexandra
Profesor îndrumător:
Ș.L. dr. i ng. George Ipate
București 2017
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 2.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Cuprins:
1. Prezentare obiective raport cercetare ………………………….. ………………………….. ……………….. 3
1.1.Reducerea concentrației de CO 2 o problema actuală majoră a omenirii ……………… 3
1.2.Conferința internațională de la Paris, decembrie 2015 – semnificația declarației
finale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 6
1.3.Biomasa sursă de energie verde cu care se poate obține un bilanț negativ de CO 2 .. 7
1.4.Agricultura principalul furnizor și utilizator de biomasă pentru energie ……………. 10
2.Conceptul sinergic CHAB – producere de căldură și biochar cu bilanț negativ de CO 2 … 12
2.1.Concept sinergic CHAB ………………………….. ………………………….. ……………………… 12
2.2.Biomasa sursa de energie și biochar ………………………….. ………………………….. …….. 13
2.3.Procedee de obținere energie și biochar din biomasă ………………………….. …………. 17
2.3.1 .Aspecte generale ………………………….. ………………………….. ……………………… 17
2.3.2. Gazeificarea termo -chimică a biomasei ………………………….. ………………….. 19
2.3.3 Perspectivele gazeificării biomasei ………………………….. ……………………….. 20
2.3.4 Reacțiile chimice specifice procesului de gazeificare ………………………….. .. 22
2.3.5 Procedee de gazeificare ………………………….. ………………………….. …………… 24
2.3.5.1 Aspecte generale ………………………….. ………………………….. …………………… 24
2.3.5.2 Gazeificarea în contracurent – updraft gasifier ………………………….. …….. 25
2.3.5.3 Gazeificarea în cocurent – downdraft gasifier ………………………….. ………. 26
2.3.5.4 Gazeificarea în curent încrucișat – cross -draft gasifier …………………….. 28
3.Procedeul TLUD de micro -gazeificare a biomasei ………………………….. ………………………… 31
3.1 Aspecte generale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 31
3.2. Car acteristicii TULD ………………………….. ………………………….. …………………………. 37
4. Cercetarea privind eficienț a utiliz ării biochar -ului în legumicultură …………………………. 42
4.1. Principii de utilizare biochar in legumicultură ………………………….. …………………… 42
4.2. Obiective experiment determinare eficiență aplicare biochar în solul pentru
legumicultură ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 44
4.3. Pro iectare experiment determinare eficiență aplicare biochar în solul pentru
legumicultură ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 47
5. Influenta calitatii biocharului asupra cresterii plantelor ………………………….. ………………. 52
6. Rezultate experimente efectuate în legumicultură ………………………….. ……………………….. 54
7. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 72
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 74
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 3.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
1. Prezentare obiective raport cercetare
În prezentul proiect vom realiza aplicarea conceptului sinergic CHAB și a gazeificării
biomasei cu procedeul TLUD, de asemenea producerea de biochar utilizabil ca amendament
pentru diferite tipuri de sol cât și reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră și sechestrarea
ecologică a carbonului atmosferic;
1.1. Reducerea concentrației de CO 2 o problema actuală majoră a omenirii
Secolul al XXI -lea va prelua o mare problemă nerezolvată de secolul anterior – protecția
mediului î nconjurător. Actualmente, există numeroase semnale de alarm ă din cauza poluării
excesive și a epuizării unor resurse naturale. Cu toate preo cupările existente în fiecare ț ară și
la scară internațională orientate spre protecția mediului și protejarea resurselor naturale,
conservarea vieții , a diversității ecologice se apreciază unanim că eforturile sunt insuficiente
și distribuite inegal pe glob. Susținerea financiară a cheltuielilor pentru mediu este dependentă
de starea economică a fiecărei țări, deci decalajele existente între țări vor marca profund și
acest domeniu, [18].
Gazul carbonic (CO 2)-numit științific b ioxid de carbon , este cel mai important din ciclul
carbonului și este inofensiv.
Între atmosferă și biosferă : plantele în timpul nopții și animalele tot timpul elimină prin
respi rație bioxid de carbon. În timpul zilei plan tele asimilează carbonul din CO 2 și, cu ajutorul
luminii solare, prin procesul de fotosinteză îl transformă în combinații organice, eliberând
oxigenul. Capacitatea biosferei de a asimila carbonul este, totuși, li mitată.
Între atmosferă și hidrosferă : CO 2 este un gaz relativ solubil în apă și există u n echilibru al
concentrației CO 2 în apă. Oceanele conțin d izolvate cantități imense de CO 2, care, în caz că
echilibrul ar fi perturbat, ar putea fi eliminate în atmosferă, ducând la o perturbație climatică
extremă. Solubilitatea gazelor în apă descrește pe măsură ce temperatura apei crește, ca
urmare la o încălzire a oceanelor, eliberarea CO 2 în atmosferă este un pericol real.
Între biosferă și litosferă : în trecutul îndepărtat, în special în carbonifer, o mare parte a
plantelor din flora din epocă au ajuns în pământ, stocând în litosferă carbonul din corpul lor
sub f ormă de zăcăminte de cărbu ne, [20]. De fapt, se consideră că în acea perioadă atmosfera
terestră conținea CO 2 în loc de oxigen, iar plantele au trans format atmosfera, oxigenul de
acum și lipsa dioxidului de carbon (concent rația actuală de numai 0,03 %, [ 19]) fiind de fapt
urmarea ace stei activități, [20].
Între atmosferă și litosferă : actual carbonul este eliberat din litosferă în atmosferă sub
formă de CO 2 prin activități antropice (arderea combustibililor fosili). Se consideră că în
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 4.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ultima jumătate de secol au fost emise în atmosferă cantități foarte mari de CO 2 și metan,
care, prin efectul de seră au dus la începerea fenomenului de încălzire globală . În figura 1.1
sunt prezentate fluxurile de carbon între atmosferă și biosferă, hidro sferă și litosferă .
Fig. 1.1. C iclul c arbonului în natură , [21].
Începând cu anul 1958 Roger Revelle, ajutat de Charles David Keeling au început să
măsoare concentrațiile de CO 2 din atmosferă. Acestea au fost măsurate Mauna Loa, în
Hawaii. Aspectul în dinți de fierăstrău al curbei se datorează anotimpurilor. Majoritatea
uscatului, pe care crește vegetația, se află în emisfera nordică. Primăvara și vara vegetația
asimilează CO 2 necesar creșterii frunzelor, ca urmare concentrația de CO 2 din atmosferă
scade. Toamna și iarna frunzele se descompun eliberând CO 2 și concentrația lui în atmosferă
crește. Din grafic ul figure 1.2 se vede că concentrația de CO 2 a crescut de la 316 ppm în păr ți
volumice în anul 1960 până la cca. 385 ppm în iarna anului 2007 , [20]
Fig. 1.2. Concentrațiile de dioxid de carbon în atmosferă măsurate la Mauna Loa, în
Hawaii , [21].
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 5.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
În luna mai 2014, Organizația Meteorologică Mondială a anunțat că media lunară a
concentrației de dioxid de carbon din atmosferă a depășit pentru prima dată valoarea de 400
ppm în luna aprilie 201 4, în întreaga emisferă nordică . Conform NOAA, concentrația medie
lunară de CO 2 în aprilie a depășit valoarea de 401,3 la stația amplasată în Mauna Loa. Datele
publicate în Greenhouse Gas Bulletin susțin că nivelul global de CO 2 din atmosferă a ajuns la
393,1 ppm în 2012, cu 141% mai mult decât în epoca pre -industrială (278 ppm). În medie,
concentrația de dioxid de carbon din atmosferă a crescu t cu 2 ppm pe an în ultimii 10 ani, iar
estimările OMM susțin că nivelul concentrației medii anuale va depășii valoarea de 400 ppm
în 2015 sau 2016. 2015 este de așteptat să fie cel mai cald an din istorie. 2015 a fost unul
dintre cel mai cald an din istor ie, [21].
Deci de -a lungul secolului trecut emisiile gazelor care produc efectul de seră au crescut
cu 50% atingând valori fără precedent. Trăim într -o lume unde concentrația de CO 2
echivalează cu efectul de seră și cu încălzirea globală, aceasta provocând dezechilibre
climaterice si ecologice. Una dintre marile provocări ale nivelului de poluare la care a ajuns
omenirea, în principal din cauza arderii combustibililor fosili, se referă la creșterea
temperaturii globale. Practic, emisiile antropogenice de CO 2 contribuie accelerat la
intensificarea efectului de seră , așa încât, pe lângă soluții de a reduce poluarea, oamenii de
știință caută soluții și pentru a extrage dioxidul de carbon din atmosferă, [19]
Pe scurt cercetătorii caută așa numitul ”Sfântul Graal ”și anume decarbonizarea
atmosferei care ar sta la baza unei materii prime pentru construcția fibrei de carbon.
Decarbonizarea pe cale naturală a atmosferei presupune eliminarea din atmosferă a circa
3,5 gigatone de CO 2 anual. Însă, conform IPCC, pentru a evita creșterea peste 2 grade Celsius
a temperaturii globale, omenirea ar trebui să elimine din atmosferă chiar și 10 gigatone de
CO 2 pe an .
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 6.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
1.2. Conferința internațională de la Paris, decembrie 2015 – semnificația declarației
finale
„Avem în fața noastră o provocare asumată și anume stoparea încălzirii globale. Aceasta
ar putea depăși, până în anul 2100, circa 4 -5 grade Celsius. Ce înseamnă 4 -5 grade Celsius în
Delta Dunării, în Carpați sau în orașe? Înseamnă secetă, schimbarea migrării păsărilor. La cea
de-a 21 ediție a Conferinței Părților /COP/ ce va avea loc la Paris se va discuta despre
posibilitatea de a găsi soluții de scădere a temperaturii globale de la 4 -5 grade la două grade
Celsius. Mesajul principal este că, în 2015, viitorul planetei se va ju ca la COP 21, la Paris” , a
afirmat ambasadorul Franței în România, [21] . În 2014, Summit -ul de mediu de la Lima a
avut ca principal scop stabilirea elementelor de bază ale unui acord care ar urma să fie adoptat
la reuniunea la vârf din 2015, pentru înlocui rea, din 2020, a Protocolului de la Kyoto de
limitare a emisiilor de gaze cu efect de seră. Unul dintre aspectele care au dus la blocarea
tratativelor de la Lima a fost diferențierea între țările dezvoltate și cele în curs de dezvoltare,
marile state emerg ente solicitând celor bogate să -și asume eforturi suplimentare, având în
vedere în răspunderea lor istorică în privința schimbărilor climatice.
În cele din urmă, țările negociatoare au ajuns la un acord privind viitoarele lor
angajamente ce vizează reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră. Astfel, angajamentele ar
trebui să permită o reduce globală a emisiilor de gaze de la 40% la 70% până în 2050, o
măsură absolut necesară pentru a putea limita creșterea temperaturii globale la două grade
Celsius față de epoca preindustrială.
Acordul de la Paris, a precizat presedintele Hollande, "trebuie sa ne puna pe traiectorie
care sa evite incalzirea T errei peste 2 grade Celsius pana la sfarsitul secolului. In opinia sa, de
acum incolo trebuie revizuit periodic modul de indeplinire a angajamentelor luate de catre
state, incusiv furnizarea de fonduri suficiente pentru realizarea de investitii in taril e cele mai
vulnerabile la schimbarile de clima ,[22]
Deci l imita rea încălzirii climei la cel mult 2°C în raport cu epoca pre -industrială ar fi
acceptabilă . Însă cei care vor avea de suferit în urma încălzirii globale nu vor fi cei bogați ci
din contră, cei săraci, fără posibilități.
Obiectivele Uniunii Europene pentru anul 2050:
1. reducerea cu 80 la sută a emisiilor de gaze cu efect de seră
2. îmbunătățirea eficienței energetice cu 35 la sută
3. folosirea energiei regenerabile în proporție de 60 la sută din totalul energiei consumate
Uniunea Europeană este lider în valorificarea surselor regenerabile de energie. Toate
statele
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 7.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
UE și -au asumat angajamentul de a reduce, pînă în anul 2020, cu 20 la sută emisiile de gaze
cu efect de seră, de a spori cu 20 la sută eficien ța energetică și de a utiliza energia
regenerabilă în proporție de 20 la sută din consumul total de energie.
1.3. Biomasa sursă de energie verde cu care se poate obține un bilanț negativ de
CO 2
Biomasa reprezint ă componentul v egetal al naturii. Ca form ă de pă strare a energiei
Soarelui în form ă chimic ă, biomasa este unul din cele mai populare și universale resurse de pe
Pâmânt. Ea asigur ă nu doar hrana, ci și energie, materiale de construcț ie, hârtie, țesături,
medicamente și substanț e chimice. Biomasa este uti lizată în scopuri energetice din momentul
descoperirii de către om a focului. Astă zi combustibilul din biomas ă poate fi utilizat în
diferite scopuri – de la înc ălzirea încă perilor pân ă la producerea energiei electrice și
combustibililor pentru automobile .
Compoziț a chimic ă a biomasei poate fi diferențiat ă în câteva tipuri. De obicei plantele
conțin 25% lignin ă și 75% glucide (celuloz ă și hemiceluloz ă ) sau zaharide. Fracț iunea
glucidic ă este compus ă dintr -o mulț ime de molecule de zah aride, unite între ele p rin lanț uri
polimerice lungi. Una din cele mai importante gluci de este celuloza . Componenta ligninic ă
este compus ă din molecule nesaharizate. Natura utilizeaz ă moleculele polimerice lungi de
celuloz ă la formarea țesuturilor, care asigur ă integritatea plant elor. Lignina apare în plante ca
ceva de genul lipiciului, care leag ă moleculele celulozice între ele.
Cum se formeaz ă biomasa?
Bioxidul de carbon din atmesfer ă și apa din sol particip ă în procesul obț inerii glucidelor
(saharidelor), care formeaz ă „blocurile de construcț ie” a biomasei. Astfel, energia solar ă,
utilizat ă la fotosintez ă , își pă streaz ă forma chimic ă în structura biomasei. Dac ă ardem efectiv
biomasa (extragem energia chimic ), atunci oxigenul din atmosfer ă și carbonul din plante
reacționează formâ nd dioxid de carbon și apă. Aces t proces este ciclic, deoarece d ioxidul de
carbon poate participa din nou la procesul de formare a biomasei.
Folosit atât pentru obținerea de curent electric, cât și a agentului termic pentru
locuinț e, energia ext rasă din biomas ă ridică, mai nou, probleme de etic ă, întrucât în multe
zone ale lumii e nevoie mai degrab ă de hran ă, decât de combustibili. La fel ca și energiile
obținute din combustibilii fosili, energia produs ă din biomas ă provine din energia solar ă
înmagazinat ă în plante, prin procesul de fotosintez ă. În urma fotosintezei, din substanțele
simple – dioxid de carbon și apă – se sintetizează substanțe organice, depozitate în plantă, și
se elimină oxigen. Biomasa este prima formă de energie utilizată de om, odată cu
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 8.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
descoperirea focului. Biomasa reprezintă sursa regenerabilă cea mai inepuizabilă de pe
planetă. Aceasta include absolut toată materia organică produsă prin procesele metabolice ale
organismelor vii. Folosind biomasa pen tru a produce energie, se poate reduce utilizarea de
combustibili fosili, se m icșorează emisiile de gaze cu efect de seră și se diminuează poluarea
mediului c u deșeuri provenite din ardere. Biocombust ibilii menționați cel mai des su nt
biodieselul, bioalcoolul, biogazul, biocombustibilul solid. Biomasa include și deș euri
provenite di n: agricultură (plante și resturi de plante, plante energetice cultivate); silvicultură
(lemn și deșeuri din lemn); zootehnie (deșeuri animaliere); industrie (alimentară, de celuloză
și de hîrtie, de mo bilă etc.); gospodărie comunală (ape reziduale etc.).
Producția anuală de biomasă pe Pămînt constituie cca 130 miliarde tone de substanță
uscată, ceea ce reprezintă 660 000 TWh pe an. Consumul mondial de bioenergie este astăzi de
15000 TWh pe an sau aproximativ 15 la sut ă din consumul total de energie, [23].
Biomasa este o sursă importantă de energie cu o ardere ce nu determină creșterea conținutului
de dioxid de carbon în atmosferă. În timpul arderii biomasei nu se pot forma cantități mai
mari de dioxid de carbon decît au fost asimilate. Plantele consumă diox id de carbon și îl
utilizează pentru creștere , acest proces este prezentat în figura 1.3.
Prin arderea lemnului în prezent, 70 la sută din populația țărilor în curs de dezvoltare
folosește lemnul ca sursă de energie. Mai mult de jumătate din lemnul tăiat este ars pentru
obținerea căld urii. Deseori, pentru aceasta su nt folosite sobe vechi, care elimină substanțe
poluante în mediu. Folosirea sobelor de construcție nouă, cu catalizatori care neutralizează
substanțele nocive, ar reduce în mod considerabil pol uarea mediului, iar eficiența arderii
biomasei ar fi mai înaltă , [23].
Piroliza reprezintă descompunerea substanțelor organice la temperatură înaltă, în lipsa
aerului. Piroliza lemnului are loc la temperaturi de +450…8000C. De regulă, biomasa este
încălz ită pînă la această temperatură cu ajutorul g azelor. Produse ale pirolizei su nt cărbunele
de lemn și gazele carburante (metanul, oxidul de carbon). La arderea acestora, deja în
prezența oxigenului, se el imină cantități mari de căldură, [23].
Fermentarea re stuilor organice face ca b ăligarul, precum și produsele ce rezultă din
prelucrarea lui, pot servi drept sursă de energie! Acest tip de biomasă conține microorganisme
care în anumite condiții descompun substanțele organice pînă la biogaz. La acest proces
participă neapărat niște substanțe speciale – fermenții. Iată de ce acțiunea se numește
fermentare. Elementul principal al biogazelor este metanul. La arderea lui se elimină că ldură,
[23].
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 9.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 1.3. Utilizarea biomasei in reducerea CO 2 din atmosferă , [23]
Avantajele utilizării bioenergiei :
Bioenergia este energie regenerabilă.
Bioener gia nu mărește concentrația de d ioxid de carbon în atmosferă.
Bioenergia soluționează problema folosirii deșeurilor.
Există un șir de tehnologii de obținere a bio energiei competitive pe piață , [23]
Biomasa poate fi folosită atâ t pentru producerea de electricitate și căldură, câ t și pentru
producerea de combustibili lichizi pentru transport, combustibili solizi și gazoși și alte
produse. În ultimii ani s -au dezvolta t tehnologii avansate de transformare a biomasei în
combustibili. Bineînțeles, nu toate resursele de biomasă pot fi folosite în scopuri energetice.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 10.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
1.4. Agricultura principalul furnizor și utilizator de biomasă pentru energie
În prezent, o soluție ef icientă o reprezintă înlocuirea combustibililor convenționali fosili
cu combustibili obținuți din surse regenerabile. Aceștia se numesc biocombustibili. În multe
țări, a început deja procesul de substituire treptată a combustibililor convenționali cu acest
nou tip de combustibili. Pentru obținerea biocombustibililor, biomasa proaspătă poate fi
prelucrată în diverse moduri:
• prin fermentare – se produce biogaz
• prin presare sau peletizare – se produce combustibil solid (brichete sau pelete)
• prin distilar e – se produce combustibil lichid (bioetanol, biodiesel).
Biocombustibilii sunt substanțe solide, lichide sau gazoase obținute din materiale
biologice proaspete. Aceasta este principala diferență față de combustibilii produși din resurse
fosile, cum ar fi petrolul. Combustibilii din biomasă pot fi gazoși, solizi și lichizi: cărbunele
de lemn, substituenții sau adaosul la benzină, gazul destinat vînzării sau producției de energie
electrică etc. Din ce s e pot obține biocombustibilii? Ei bine, d upă cum o spune și definiția lor –
din resurse regenerabile, adică dintr -o materie primă care se reface permanent.
Biocombustibilii au o folosință considerabilă pentru alimentarea vehiculelor, încălzirea
locuințelor, precum și în alte scopuri , [23].
În țările cu o agricultu ră dezvoltată, pentru obținerea biocombustibililor este normal să fie
utilizate deșeurile produse în acest sector. Țara noastră are ca materie primă pentru
producerea biocombustibililor, deșeurile din viticultură și pomicultură, paiele, cojile de nuci și
de semințe de floarea -soarelui, gunoiul de grajd ș.a. Din aceste surse se pot produce pelete și
brichete. Pentru a obține căldură, acestea su nt arse în instalații speciale: cazane mici sau
centrale termice mari.
Brichetele reprezintă un tip de combustibil solid, care s -a obți nut prin presarea
deșeurilor agricole. Datorită densității mari, brichetele ard uniform și au un potențial energetic
destul de mare . În urma arderii rămâ ne foarte puțină cenușă (2 -10 la sută comparativ cu 20 -40
la sută la ar derea cărbunelui).
Peletele sunt produse în urma uscării și comprimării la presiuni înalte a biomasei. Au
putere calorică mare, su nt simplu de stocat, iar utilizarea lor poate fi ușor automatizată. Cu
energia biomasei putem încălzi clădiri publice precum școli, grădinițe, primării, dar și propria
casă. Încălzirea pe bază de biomasă este de aproape trei ori mai ieftină de cât cea pe bază de
gaze și de două ori mai iefti nă decâ t cea pe bază de cărbune, [23].
În fiecare an , o mare parte din cantitatea de paie r ămase după recoltarea culturilor
agricole este arsă sau este îngropată în sol odată cu aratul. Însă, paiele și alte reziduuri de
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 11.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
cereale su nt cele mai accesibile și eficiente surse alternative de energie. Gospodăriile agricole
colectează anual cca 700 mii tone de paie. Această cantitate de paie este echivalentă cu 25 la
sută din consumul anual de gaz natural în țară. Cele 700 mii tone de paie ar fi suficiente
pentru încălzirea a 9 milioane m2 de locuințe sau a 100 mii de case par ticulare cu o suprafață
de 80 m2 fiecare . Sistemele de încă lzire bazate pe arderea paielor (cazane, termogeneratoare)
sunt utilizate la încălzirea caselor, școlilor, fermelor, serelor, la uscarea cerealelor etc. Ele
funcționează pe bază de biocombustibili solizi (rulouri de p aie, baloturi cu greutatea de pâ nă
la 50 kg, brichete și pelete), pentru a produce aer cald, apă și aburi fierbinți. Cazanele
moderne su nt automatizate; ele asigură o ardere aproap e completă și un randament de pâ nă la
80 la sută,[21,22].
Deșeurile silvice și cr engile pot fi folosite pentru producerea brichetelor. Deșeurile
agricole (tulpinile de porumb și de floarea -soarelui) pot fi întrebuințate pentru încălzire.
Culturile tehnice (rapița ș.a.) pot fi utilizate pentru producerea biocarburanților. În urma
arderi i deșeurilor organice provenite din activitatea gospodăriilor casnice poate fi obținută
energie termică, iar apele reziduale pot fi utilizate pentru producerea biogazului. Acesta, la
rândul său, poate fi aplicat la producerea electricității sau a căldurii, la prepararea bucatelor
etc
În calitate de surse de bioenergie pot fi utilizate și cojile de semințe de floarea –
soarelu i, cojile de nuci, sâ mburii fructelor, paiele, plantele agricole cultivate în scopuri
energet ice: rapița, salcia, plopul ș.a, [23].
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 12.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2. Conceptul sinergic CHAB – producere de căldură și biochar cu
bilanț negativ de CO 2
Un obiectiv al dezvoltării durabile a l agriculturii constă în creșterea independenței
energetice a fermelor agricole, bazată în principal pe utilizarea resurselor de biomasă precum
și a surselor de energie solară și eoliană disponibile local. Producția agricolă are un caracter
sezonier care im plică utilizarea în perioade relativ scurte a energiei necesare pentru procesele
de producție. Acest aspect conduc la concluzia că biomasa este sursa de energie regenerabilă
cu cel mai ridicat nivel de adaptare la necesitățile reale ale producției agricole , întrucât poate
fi depozitată după recoltare și utilizată eficient atunci când și cât este necesar .
2.1. Concept sinergic CHAB
Biomasa celulozică reziduală agricolă, forestieră, lemn recilat sau din vegetația
spontană reprezintă o sursă ieftină ale cărei r esurse chimice și energetice sunt încă puțin
valorificate. În prezent principala utilizare constă în producerea de energie termică prin
procese de ardere, sau în mod tradițional -încorporarea în terenul cultivat. Prin ardere nu se
valorifică decât parțial potentialul chimic, iar prin încorporare în sol se produce mult CH 4,
poluant și care reîntoarce în atmosferă o mare parte din carbonul din biomasă . Ca alternativă
la modalitățile curente de producere a energiei termice prin procedee de ardere a biomasei se
extinde utilizarea conceptului CHAB (Combined Heat And Biochar production ) care combină
sinergic producerea de energie termică și valorificarea chi mică a carbonului sub forma de
biochar (BCH) ; cu emisii foarte reduse de PM și CO, precum și cu un bilanț final negativ de
C atmosferic . [2]
Societatea a dezvoltat sute de tipuri de instalații, cu un preț rezonabil , care folosesc
lemnul și alte tipu ri de biomasă drept combustibil , care generează căldură utilizabilă , și
cenușă . O selecție similară de dispozitive ar putea fi dezvoltat ă pentru a consuma biomasă,
oferă căldură utilizabilă, și crează un reziduu solid , care ar duce la formarea de biochar.
Produ cția biochar distribuit ă de dispozitive le CHAB în societățile bogate și sărace din
întreaga lume pot avea o contribuție importantă la diverse obiective ale biochar -ului.
BCH este un cărbune vegetal steril obținut din piroliza biomasei într -un proces de
gazeificare în mediu substoichiometri c. Se obține in proporție de 10 –25 % în funcție de
biomasă și regimul termic. BCH are 75 -90 % carbon și este caracterizat printr -o foarte mare
porozitate și capacitate de adsorbție. El se poate utiliza ca amendament agricol pentru
creșterea fertilității solurilor agricole, precum și ca material filtrant pentru aer, gaze și apă.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 13.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
BCH încorporat în sol reprezintă cea mai economică și ecologică modalitate de sechestrare a
carbonului atmosf eric pentru durate mari de timp , [10]
Pentru aplicații, cum ar fi carbon activat , biochar -ul trebuie produs la temperaturi
ridicate , în conformitate cu o încălzire îndelungată cu un aport substiochiometric de oxigen
strict controlat. În contrast , tehnici le de bază pentru fabricarea de cărbune , denumit curent
mangal, (cum ar fi cuptoarele de lut ) funcțione ază la o temperatură mai scăzută, și astfel
reacți ile nu sunt controlabile, produsul obținut are încă substanțe volatile și este util doar
pentru producerea de căldură nu și pentru încorporare în sol.
2.2. Biomasa sursa de energie și biochar
Biomasa reprezintă ansamblul materiilor organice nonfosile, în care se înscriu: lemnul,
pleava, uleiurile și deșeurile vegetale din sectorul forestier, agricol și industrial, dar și
cerealele și fructele, din care se poate face etanol. La 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: combustibilii fosili nu pot fi transformați în energie utilizabilă decât după mii de ani, în
timp ce energia biomasei este regenerabil ă, putând fi folosită an de an.
Cea mai simplă metodă de a produce căldură din biomasă este arde rea directă . Alte
tehnologii folosite pentru a convertii biomasa în energie utilizabilă incl ud gazeificarea,
arderea c ombinată și sistemele modulare, [5, 6].
Arderea directă sau combustia: biomasa se arde într-un cazan pentru a produce abur
sub presiune. Aburul este utilizat pentru a acționa o turbină conectată la un generator pentru
a produce e lectricitate. Această instalație are un randament ≤ 30%.
Gazeificarea biomasei este considerată în prezent ca o alternativă la arderea direct a
combustibili lor convenționali. În procesul de gazeificare materi a primă este: lemnul,
mangalul și alte materiale carbonice care fac parte parte din categoria biomasei. În esență,
procesul de gazeificare constă în transformarea biomasei solide în oxid de carbon printr -un
proces termochimic. Gazeificarea biomasei solide are loc în incinte închise la presiuni ceva
mai mici sau egale cu cea atmosferică. Gazul poate fi curățat de impurități și utilizat drept
combustibil mai puțin poluant pentru acționarea turbinelor cu gaz și abur, motoarelor cu
ardere internă pe gaz și/sau pentru arderea directă în ca zane înlocuind gazel e naturale.
Avantajul acestei tehnologii se constată la sistemele descentralizate de conversie a energiei
care funcționează în mod economi c chiar la dimensiuni mici. Ace stea au un randament ≤
75%.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 14.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Arderea combinată: o parte din cărbunele utilizat de o centrală pe cărbune este înlocuit
cu biomasă. Arderea combinată este mai ieftină întrucât nu este necesară nici o tehnologie
nouă sau o tehnologie suplimentară pentru a putea încorpora biomasa în cărbune. Aceasta
are un randament ≤ 85 %, [9].
Un obiectiv al dezvoltării durabile a agriculturii constă în creșterea independenței
energetice a fermelor agricole, bazată pe utilizarea resurselor de biomasă și a energiei solare
disponibile local. Producția agr icolă are un caracter sezonier care implică utilizarea în
perioade relativ scurte a energiei necesare realizării lucrărilor procesului de producție. Acest
aspect conduce la concluzia că biomasa este sursa de energie regenerabilă cea mai adaptată la
necesit ățile producției agricole, deoarece se poate depozita după recoltare și se poate utiliza
eficient atunci când este necesar.
Din punct de vedere al utilizării pentru producerea de energie termică biomasa este
caracterizată prin două tipuri de analize : anali za termogravimetrică în care sunt puse în
evidență proporțiile masice de: volatile, carbon fixat și cenușă; precum și analiza chimică
detaliată în care sunt puse în evidență proporțiile masice de: carbon, oxigen, hidrogen , azot,
sulf, clor și minerale. În funcție de soi și de condițiile pedoclimatice compoziția chimică a
biomasei poate varia în limite largi .
Tabel 2.1 Tehnologii de conversie chimică și energetică a biomasei , [10].
Tip tehnologie Stadiu tehnologie Producția posibilă Aplicații
Conversie biochimică Digestia anaerobă Matur ă, cu continuare
în CD , coproduse de
înaltă valoare
economică Biogaz , amendamente
pentru sol,
îngrășăminte și alte
coproduse Energie termică, l actate
fermentate, tratamentul
apelor uzate
Fermentare
etanolică Matur ă, cu eforturi de
reducere a carbonului
liber Etanol și coproduse,
inclusiv fibre, tărâțe ,
germeni și ulei. Biocombustibilii,
industria alimentară și a
băuturilor
Conversie
lignocelulozice CD la nivel pilot ,
proiecte
demonstrative la scala
comercială Etanol celulozic , materii
prime chimice ,
hidrogen șialte
coproduse Biocombustibili și
biorafin ării, în special din
subprodusele industriei
lemnului
Conversie termochimică Ardere directă Matur ă Energie termică ,
cenușă Putere termică , electrică,
alte co produse
Gazeificare
biomas ă Demonstrațiv pentru
unități mari, aplicații
comerciale curente
pentru unități mici Gaz combustibil ,
biochar, materii prime
chimice Energie termică și
electrică, amendare sol
cu bilanț negativ de C
Piroliza biomasei
Demonstrați v pentru
unități mari, comercial
pentru instalații micro
și mini combustibil lichid (Bio-
țiței), gaz combustibil ,
biochar Biocombustibili,
producere biochar
pentru terenuri agericole
Pentru evaluarea potențialului energetic al corzilor de viță s -a realizat un studiu pentru
determinarea valorilor medii și a abaterilor standard pentru cele două tipuri de analize. S -au
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 15.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
utilizat datele e xperimentale prezentate în [6]. În tabelul 2.2 , pentr u 10 soiuri de viță de vie,
sunt prezentate datele obținute din încercările termogravimetrice: volatile, carbon fixat și
cenușă, precum și pentru puterea calorifică superioară (PCS) determinată cu bomba
calorimetrică. Analiza statistică pune în evidență că abaterea standard este mică pentru:
volatile – 0,814%
carbon fixat – 2,275 %;
cenușă – 13,4 % – valoare relativ mare care indică ca această mărime este puternic
influențată de condițiile pedoclimatice și de soiul de viță, dar care are o influență foarte mică
asupra puterii calorifice superioare;
PCS – 0,77 % ceea ce indică că potențialul energetic al corzilor de viță este relativ puțin
influențat de soiul de viță. Aceste valori indică o mare uniformitate în compoziția corzilor de
viță și deci valorile m edii obținute pot fi utilizate cu un înalt nivel de încredere în calculele
pentru evaluarea potențialului energetic, în proiectarea proceselor de ardere și de gazeificare.
Analiză chimică pune în evidență ponderea principalelor elemente: C, H, O,N, S, Cl și
minerale. În tabelul 2 .2. sunt prezentate datele experimentale din [6] pentru 5 soiuri de viță,
precum și puterea calorifică inferioară (PCI) calculată în fun cție de conținutul în hidrogen.
Tabel 2.2. Date încercări termogravimetrice pentru corzi de viță , [19].
Volatile Carbon Cenușă PCS
Nr. Soiul de vin fixat
[%] [%] [%] MJ/kg
1 Cabernet Sovignon 78.63 19.20 2.17 19.03
2 Cardinal 78.17 19.81 2.22 19.21
3 Chenin Blanc 77.26 20.21 2.51 19.13
4 Gewurzttraminer 77.27 20.26 2.47 19.16
5 Merlot 77.47 19.49 3.04 18.84
6 Pinot noir 76.83 20.46 2.71 19.05
7 Ribier 76.97 20.00 3.03 19.12
8 Thompson Seediess 77.39 20.36 2.25 19.35
9 Tokay 76.53 21.02 2.45 19.31
10 Zinfandai 76.98 19.49 3.04 19.05
Media 77.350 20.030 2.5890 19.125
Abatere standard 0.629 0.545 0.346 0.147
Abatere standard [%] 0.813 2.724 13.394 0.769
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 16.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Tabel 2 .3. Compoziția chimică a unor soiuri de corzi de viță ,[19].
C H O N S Cl Mine – PCI
Nr. Soi de vin rale
[%] [%] [%] [%]
[%] [%]
[%] MJ/kg
1 Cabernet Sovignon 46.59 5.85 43.90 0.83 0.04 0.08 2.71 17.84
3 Chenin Blanc 48.02 5.89 41.93 0.86 0.07 0.10 3.13 17.94
6 Pinot noir 47.14 5.82 43.03 0.86 0.01 0.13 3.01 17.86
8 Thompson Seediess 47.35 5.77 43.32 0.77 0.01 0.07 2.71 18.18
9 Tokay 47.77 5.82 42.63 0.75 0.08 0.07 2.90 18.12
Media 47.3740 5.8300 42.9620 0.8140 0.0420 0.0900 2.8920 17.9880
Abatere standard 0.5577 0.0442 0.7396 0.0513 0.0327 0.0255 0.1850 0.1540
Abatere standard [%] 1.1772 0.7574 1.7215 6.3002 77.8830 28.3279 6.3965 0.8562
Pondere atomică 3.9478 5.8300 2.6851 0.0581 0.0013 0.0026
Coef. Formula generală 1.0000 1.4768 0.6802 0.0147 0.0003 0.0007
Coef. Formula redusă 1.00 1.48 0.68 0 0 0
Analiza statistică a acestor date indică că abaterile standard sunt relativ mici, sub 2 %,
pentru C, H și O, și mai mari pentru N. Pentru S și Cl abaterile sunt foarte mari ceea ce indică
că sunt puternic influențate de condițiile pedoclimatice, dar acestea afectează foarte puțin
valoarea PCI care este utilizată pentru evaluarea potențialului energetic al corzilor de viță de
vie, pentru care abaterea standard este doar de 0,86 %.
Uzual pentru studiile de ardere și gazeifi care termo -chimică se utilizează pentru biomasă
o formulă simplificată de forma CH xOy neglijându -se celelalte componente cu ponderi
nesemificative. Pentru corzile de viță se estimează valorile medii: x = 1,48 și y = 0,68 ; valori
foarte apropiate de media c ompoziției biomasei lemnoase [15]. Ca urmare, se va lua în calcul
pentru un kmol de corzi de viță valoarea de 24,38 kg/kmol. Pentru estimarea potențialului
energetic s -au utilizat diferite relații empirice pentru calcularea puterilor calorifice superioare
PCS și inferioare PCI. S -au utilizat relațiile propuse de Demirbaș [4], Parikh [13] și Sheng
[19] cu care s -a calculat PCS , [13].
Demirbaș: PCS = 0,01·(34,1·C+132,2·H+6,8·S -1.53·Ash -12·(O+N) (2.1)
Parich: PCS = 0,3536·FC+0,1559·VM -0,0078·Ash (2.2)
Sheng (a): PCS = 19,914 – 0,2324·Ash (2.3)
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 17.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Sheng (b): PCS = -1,3675+0,3137·C+0,7009·H+0,0318·O (2.4)
Din tabelul 2.4 reiese că valoarea cea mai apropiat ă de aceste date se obține cu relatia
Parich, cu o eroare relativă de 195 ppm .
Tabel 2.4. Compararea valorilor estimate pentru PCS , [16].
Mărime U.M. Valoare Diferența
[%]
Putere calorifică superioară – Demirbaș MJ/kg 18,5673 – 2,9162
Putere calorifică superioară – Parikh MJ/kg 19,1213 -0,0195
Putere calorifică superioară – Sheng (a) MJ/kg 19,3123 0,9794
Putere calorifică superioară – Sheng (b) MJ/kg 18,9487 -0,9220
Putere calorifică inferioară MJ/kg 17,7668 1,2298
2.3. Procedee de obținere energie și biochar din biomasă
2.3.1. Aspecte generale
Biochar este produs prin piroliza biomasei , un proces prin care substanțele organice sunt
descompuse la t emperaturi cuprinse între 350 °C până la 1000 °C într -un proces termic scăzut
de oxigen de (< 2 %). Prăjire , carbonizare hidrotermală și producția de cocs sunt procese de
carbonizare s uplimentare ale căror produse nu poate totuși fi numit biochar în definiția de mai
sus. Biochar -ul este , prin urmare, un caracter specific de piroliză caracterizat prin producție ,
de calitate și de utilizare a caracteristicilor lor suplimentare ecologice d urabile . Pentru
produsele fabricate cu ajutorul altor pr ocedee de carbonizare , care sunt certificate pot fi
compilate o data cu cunoștințele generale si mai bine securizate, calitatea lor având efecte
asupra solurilor și de asemenea si alte intrebuințări non-termice.
În conformitate cu certificatul de la care se aplică aceste linii directoare, o diferențiere se
face în tre două grade biochar diferite , fiecare cu propriile sale valori de prag și cerințele
ecologice: "de bază" și "premium ". Pentru a obține c ertificatul de biochar european ,
următoarele criteri i privind materia primă , biomasa, metoda de producție , proprietățile
biochar -ului și modul în care este aplicat trebuie să fie îndeplinite .
Biochar -ul are următoarele proprietăți:
Amendament agricol:
Seche strează ecologic și economic C atmospheric
Reține substanțele nutritive prin creșterea CEC
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 18.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Substrat pentru dezvoltarea microorganismelor
Crește pH -ului solului – reduce aciditatea
Reține apa
Simplu de încorporat
Material filtrant (cărbune activ)
Pentru apă potabilă
Pentru emisii poluante: amoniac, oxizi de azot, dioxid de sulf
Reține azotul în composturi
Pentru producerea de energie termică din biomasă se utilizea ză curent următoarele procedee:
ardere în strat, în cazane de apa caldă;
Fig. 2.1. Energie produsă prin proces de ARDERE a biomase i, [8]
gazeificare și ardere în aceeași incintă, în cazane de apa caldă;
gazeificare într -un gazogen și ardere într -un schimbător de căldură. Fiecare procedeu
are avantaje și dezavantaje și se utilizează în f uncție de aplicația specifică.
Pentru încălzirea aerului în uscătoarele convective, la care se folosește biomasă ca și
combustibil se utilizează schimbătoare de căldură de tip:
apă caldă – aer;
gaze de ardere – aer.
In tabelul 2. 5 este prezentată o comparație a diferitelor procedee de conversie energetică a
biomasei
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 19.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Tabel 2. 5 Compararea arderii cu gazeificarea și piroliza,[18].
Procedeu
Criteriu Ardere Gazeificare Piroliză
Nivel de oxidare,
Agent de oxidare Supra stoichiometric
Oxigen Substoichiometric
Oxigen sau abur Absență oxigen
Domeniul de
temperatură 800 C to 1200 C 800 C to 1200 C 350 C to 600 C
Produse principale Caldură Căldură, Gaz
combustibil combustibil lichid,
combustibil gazos
Componente gazoase
principale CO2 și H2O CO si H 2 CO si H 2
2.3.2. Gazeificarea termo -chimică a biomasei
Gazeificarea biomasei a devenit o tematică prioritară datorită potențialului ei mare de a
se adapta la cerințele de protectie a mediului cu costuri rezonabile. În plus prin gazeificare se
asigură proprietăți mai bune de ardere și se deschid e și calea chimizării biomasei.
Procesele tehnologice de gazeificare a biomasei sunt mai puțin dezvoltate decât
procesele de gaze ificare a cărb unelui sau a fracț iilor petroliere grele. La ora actuală
gazeificare combustibililor fosili a redevenit importantă datorită avantajelor date de ușurința
îndepărtării compușilor cu sulf din gazul de sinteză (comparativ cu desulfurarea directă a
combustibili lor fosili) cât și datorită creșterii eficienței de obținere a energiei în ca zul arderii
gazului de sinteză .
Există astfel multe termocentrale care consumă cărbune ce este mai întâi gazeificat și
apoi gazul de sinteză este ars după desulfurare (de ex. pen tru o termocentrală de 250 MW se
gazeific ă zilnic o cantitate de 2000 t cărbune). Datele furnizate de GTC (Gasification
Technology Control) arată că în ultimii ani ritmul anual de creștere a capacităților de
gazeificare a combustibililor fosili este de 10 %. În ceea ce privește gaz eificarea biomasei
există la ora actuală o gamă la rgă de capacități în funcțiune:
Gazeificatoarele mari, în strat fluidizat au puteri de ordinul zecilor sau sutelor de MW,
ele asigură gaze combustibile pentru fabricile de ciment s au pentru termocentrale. Asemenea
instalații se construiesc acolo unde există cantități apreciabile de biomasă de calitate. Astfel,
în Finlanda există de mai bine de 6 ani o termocentrală cu puterea de 60 MW care utilizează
gazeificarea deșeurilor de lemn, hartie sau textile.
Gazeificatoarele mici (zeci sau sute de kw). Această tehnologie a fost dezvoltată
îndeosebi în India și China. În regiunile izolate se consideră mai economică dezvoltarea unor
centrale mici de 100 -200 kw care să funcționeze cu combustibil mixt (biomasă și
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 20.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
combustibili convenționali) decat extinderea rețelei electrice de înaltă tensiune. Chiar și în
unele zone montane din SUA (de ex. în Vermont) au fost dezvoltate gazeificatoare ce ard
biomasă, cu puteri d e 3-5 MW care generează apă fierbinte pentru încălzirea spațiilor de
învățămâ nt.
În rapoartele Băncii Mondiale se precizează că în țările în curs de dezvoltare trăiesc
aproximativ 3.0 miliarde de oameni care nu au acces la rețelele de electricitate. Deoar ece în
aceste zone există însă resurse disponibile de biomasă (îndeosebi resturi din agricultură: coji
de nucă de cocos, pleavă de orez, paie, coceni, etc.) apare evident avantajul utilizării biomasei
ca sursă de energie locală. Pentru a genera însă electr icitate aceasta trebuie mai întâi
gazeificată și apoi gazul de sinteză urmează a fi folosit drept combustibil pentru diverse tipuri
de motoare. Dacă pentru centralele de putere mare se utilizează îndeosebi gazeificatoarele în
strat fluidizat, pentru unităț ile mici se utilizează gazeificatoarele în strat fix în care circulația
aerului și a biomasei se face în echicurent (downdraft) sau contracurent (updraft), iar de
curând datorită dezvoltărilor tehnologice și a gazeificatoarelor cu curent încrucișat
(crossd raft).
Astfel de sist eme au fost utilizate și în anii ’40, în timpul celui de -al doilea război
mondial când au circulat peste 1,5 milioane de vehicule alimentate din gazogene, în condițiile
de penuriei de produse petroliere. În condițiile secolului 21 pent ru încadrarea în cerințele de
protecție a mediului sunt necesare echipamente suplimentare cum ar fi: sistem catalitic de
tratare a gazelor de eșapament emise de motor dar și sisteme de condiționare, tratare,
depozitare pe ntru cenușă sau pentru efluenț ii apoși ce se obțin ca produse secundare.
Un astfel de exemplu este dat de compania Xylowat din Elveția care a construit module cu
puteri cuprinse între 55 kWe și 110 kWe ce folosesc gazeificatoare Dasag dezvoltate în India
și motoare cu gaz produse de fi rmă Bulle. Echipamentele sunt dotate cu sisteme evoluate de
filtrare care permit încadrarea în normele de protecție a mediului valabile în Elveția, [17].
2.3.3 Perspectivele gazeificării biomasei
Gazeificarea biomasei este o tehnologie care permite dezvo ltarea durabilă prin două
caracteristici majore: utilizează o materie prima regenerabilă ieftină, nu poluează mediul
înconjurător și reduce emisia de metan CH 4 provenit din descompunerea liberă a resturilor de
biomasă. Metanul este unul din tre factorii det erminanți în accentuarea încăl zirii globale. Din
punct de vedere energetic un kg de biomasă lemnoasă, prin gazeificare, produce gaz ogen care
are o energie primară cu care se pot obține circa 3 kWht energie termică, 0,6 kWhm energie
mecanică și 0,45 kWhe energie electrică, ceea ce înlocuiește consumul a 0,44 l de GPL sau a
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 21.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
0,300 l de motorină. Sisteme le ce utilizează gazeificarea biomas ei se pot construi într -o gamă
largă de puteri, la scară mare, pentru centrale electrice de sute de MW, până la put eri mici
pentru comunități mici. De actualitate este dezvoltarea sistemelor mici modulare. Există deja
sute și mii de astfel de instalații ut ilizate în Europa, India , China.
Modernizarea acestor instalații are în vedere atât îmbunătățirea tehnologiilor existențe
pentru a fi mai puțin poluante, precum și dezvoltarea unor sisteme complexe în care sursele de
biomasă să fie ușor disponibile, energ ia termică și electrică produsă să aibă utilizatori, iar
eventualele deșeuri solide (ex. cenușă) să -și găsească și ele utilizări. Astfel de sisteme pot fi
dezvoltate în ferme agricole mici pentru a asigura energie termică , mecanică și electrică
pentru: instalații de uscare convective – vara, iar iarna pentru climatizare într -o seră. Deșeurile
vegetale celulozice din pomicultură, legumicultură, viticultură pot constitui sursă de biomasă,
uscătorul și sera sunt utilizatori direcți ai energiilor termice și elec trice, iar cenușa se poate
folosi ca o componentă importantă a îngrășămintelor miner ale utiliza te în ferma agricolă.
Ca exemplu biomasa lemnoasă obț inută din tăierile anuale din livezi și uscată pana la 20
% reprezintă o masa medie de 1.500 kg/ha din care se poate obține o energie sub formă de
gazogen de 4,5 MWht cu care se poate usca, cu un randament de uscar e de 35 %, circa 8.500
kg mere. Un alt exemplu: de pe un hectar de vie pe care sunt în producție 4000 -5000 butuci,
la tăierile anuale de la fiecare b utuc se obțin 0,6 ÷ 1 kg de corzi, deci cel puțin 3000 kg/ha
corzi tăiate cu o umiditate relativă de circa 40 %. Prin uscare naturală corzile tăiate ajung la
20 % umiditate și se ajunge la o masă de combustibil celulozic de foarte bu nă calitate de circa
2200 kg/ha, [7, 8, 9].
Din acest combustibil prin gazeificare se poate produce o cantitate de 4800 m3 de
gazogen cu care poate se produce o energie termică de 6,60 MWh t. La noi în țară, pentru
deșeuri de lemn provenite din tăierile pomilor din livezi, exploatări forestiere, gatere etc, se
poate estima că prețul combustibilului ce se introduce în gazogen este în medie de 10 €/t,
valoare similară și pentru alte zone din Europa pentru care s -au făcut studii pe cazuri similare.
Rezultă un preț pentru energi a primară de maxim 0,6 €/GJ. Uscătoarele sunt mari
consumatoare de energie termică, aspect care duce la costuri ridicate de producție pentru
produsele lor. Reducerea costurilor pentru energia termică duce la scăderea costurilor
generale și la creșterea com petitivității produselor deshidratate. Utilizarea biomasei
disponibile local poate asigura o reducere semnificativă a costurilor de producție și o ceștere a
independenței energetice , [10, 12] . Materia primă (biomasa) poate fi constituită din diverse
tipuri de deșeuri vegetale, în principal lemnoase, spre exemplu: crengi, coarde de viță de vie,
coceni și știuleți de porumb, tulpini de floarea soarelui, coji de nuci, sâmburi de fructe (caise,
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 22.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
prune, cireșe), coji de la decorticarea orezului, coji de semințe d e floarea soarelui, deșeuri de
la prelucrarea lemnului (coajă de copac, rumeguș, alte resturi lemnoase). În funcție de
principalele caracteristici ale materiei prime – dimensiunile maxime ale materialului, conținut
de umiditate, conținut de cenușă, densita te în vrac, conținut de materii volatile, compoziție
elementară – se alege o anumită tehnică de gazeificare. Totodată, performanțele instalației de
gazeificare depind de caracteristicile materiei prime, cât și de principalii parametrii
tehnologici ai proce sului.
În linii mari, trebuie avut în vedere că o instalație de gazeificare este alcătuită din trei
subsisteme principale :
instalația de pregătire – condiționare a materiei prime;
gazogenul, care este partea cea mai importantă, deoarece este utilajul în care se
desfășoară gazeificarea propriu -zisă;
instalația de răcire și purificare a gazului rezultat.
Fig. 2.2. Energie și biochar produs e cu concept ul CHAB prin gazeificare a biomasei , [8]
2.3.4 Reacțiile chimice specifice procesului de gazeificare
Indiferent de tehnica de gazeificare aleasă, există o anumită succesiune a proceselor pe care le
suferă materia pri ma și aceasta este următoarea :
a. Uscarea materiei prime – când se elimină umiditatea în exces;
b. Predegazarea materiei prime cu eliminarea materiilor volatile; în această etapă se formează
mangalul (materialul carbonic care va fi practic supus gazeificării) și se degajă vaporii de
gudron, dar și unele gaze utile, cum ar fi CO, H 2 sau CH 4;
c. Arderea parțială a mangalului, care constă în reactiile de oxidare a carbonului din mangal si
a hidrogenului din materiile volatile degajate anterior reacții e xoterme care furnizează caldura
necesară desfașurării întregului proces de gazeificare.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 23.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
C + ½ O 2 → CO + 219 kJ/mol
C + O 2 → CO 2 + 395 kJ/mol (2.1)
H2 + ½ O 2 → H 2O + 484,6 kJ/mol
d. Reducerea dioxidului de carbon cu ajutorul carbonului din mangal
CO 2 + C ↔ 2 CO – 175,8 kJ/mol (Reacția Boudouard) (2.2)
aceasta este principala furnizoare a monoxidului de carbon din gazul brut.
e. Etapa reacțiilor secundare utile, care au loc între carbonul din mangal și produșii de reacție
gazoși rezultați din etapel e anterioare sau între produșii gazoși direct:
– reacția gazului de apa (endotermă):
C + H 2O → CO + H 2 – 132,8 kJ/mol (2.3)
– reacția de metanare directă heterogenă:
C + 2 H 2 ↔ CH 4 + 87,4 kJ/mol (2.4)
– reacția de metanare indirectă omogenă
CO + 3 H2 ↔ CH 4 + H 2O + 208,7 kJ/mol (2.5)
Ultima reacție poate fi utilă doar atunci când se dorește cu tot dinadinsul o bținerea de
gaz înlocuitor al metan ului (SNG) destinat chimizării ulterioare. Dacă însă destinația gazului
este doar combustia, atunci reacți a nu este recomandată, cu atât mai mult cu cât ea este
favorizată de presiuni ridicate.
CO + H 2O ↔ CO 2 + H 2 + 43 kJ/mol (2.6)
Reacția este utilă doar dacă se dorește utilizarea gazului pentru sinteza NH 3
Reacția de ardere a metanului :
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2O + 803,5 kJ/mol (2.7)
Reacția este complet nedorită deoarece duce la scăderea puterii calorifice a gazului și la
sărăcirea acestuia în componenți utili . Controlul ponderii acestor reacții în spațiul de lucru (în
gazogen, de fapt) se face prin controlul presiunii și al temperaturii, ca și prin timpul de
staționare al produșilor gazoși în zona de reacție, deoarece așa cum se poate observa multe
dintre reacții decurg la echilibru.
După cum se poate constata, un debit de aer prea mare (sau ins uficient controlat) poate
transforma gazogenul într -un arzător al biomasei și nu într -un generator de gaz combustibil,
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 24.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
de aceea controlul debitului de aer (oxigen) este foarte important, cu atât ma i mult cu cât în
zonele de degaj are și de reducere a oxigen ului trebu ie să lipsească cu desăvârșire. În general,
gazul obținut la gazeificarea biomasei are o putere calorifică inferioară ce variază în domeniul
4,0…6,0 MJ/Nm3, în funcție de materia primă și de tehnica de gazeificare , [2, 3, 5].
2.3.5 Procedee de gazeificare
2.3.5.1 Aspecte generale
Sunt cunoscute mai multe procedee de gazeificare, dintre care amintim: gazeificarea în
curent ascendent, gazeificarea în curent descendent, gazeificarea în curent orizontal. Această
încadrare s -a făcut după direcția de deplasare a gazului brut. Dacă se ține cont de direcțiile de
circulație a biomasei și a gazului, atunci avem: gazeificare în echicurent, în contra curent și în
curent încrucișat. Indiferent de aceste încadrări, în orice procedeu de gazeificare trebuie
îndeplinită condiția de temperatură, și anume, temperatura în zona de reducere trebuie să fie
de minim 700 șC.
Alegerea tipului de tehnică de gazeificare se face în funcție de caracteristicile materiei
prime și de tipul de gaz pe care d orim să -l obținem, mai precis de destinația acestuia.
În măsură în care s -a făcut deja opțiunea pentru un procedeu de gazeificare, atunci trebuie ca
biomasa utilizată să fie adusă la parametrii de calitate impuși de tehnologia aleasă. Este
vorba, în princi pal, de :
conținutul de umiditate, care poate fi corectat prin uscare;
dimensiunea maximă admisă a materialului,a materialului,
conținutul de materii volatile Prezentarea comparativă a condițiilor impuse și a câtorva
performanțe ale principalelor tehnici de gazeificare a biomasei pentru productivități mici
(tabelul nr. 2.8). Este de menționat că toate aceste tehnici sunt în pat fix și lucrea ză la
presiune atmosferică sau foarte apr opiată de presiunea atmosferică, [11, 13].
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 25.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Tabel 2.6. Comparație între principalele procedee de gazeificare a biomasei , [19].
Referitor
la Procedeu gazeificare
Caracteristica In curent
ascendent In curent
descendent In curent
orizontal Materia prima Dimensiune, mm 5 – 100 20 – 100 40 – 80
Continut de umiditate, % (Wa) < 40 < 15 -20 < 10
Continut de cenusa , % (Aanh) < 15 < 5 < 6
Izomorfism dimensional mic mediu ridicat
Densitate in strat, kg/m3 > 400 > 500 > 400
Temperatura de inmuiere a
cenusii, oC >1250 >1250 >1250 Parametrii de performanta ai
gazogenului Puterea electrica instalata , kW < 4000 350 ~ 150
Timp de intrare in regim , min 15 – 60 10 – 20 10 – 20
Sensibilitatea fata de
caracteristicile combustibilului nu este
sensibil sensibil sensibil
Productia de gudron , g/ Nm3
gaz 1 – 15 < 0,5 < 0,1 *
Dimensiunea / volumul
instalatiei de purificare a gazului mare mica mica *
Cantitatea de gudroane reziduale mare mica foarte mica
Sensibilitatea fata de fluctuatiile
la alimentarea cu materie prima nu este
sensibil relativ
sensibil sensibil
Temperatura gazului evacuata ,
oC 200 – 300 ~ 700
800 – 900
Puterea calorifica gaz rece ,
MJ/ Nm3 5,0– 6,0 4,5– 5,0 4,0– 4,5
Pentru capacități mari de prelucrare, respectiv de producție mare de gaz, tehnica cea mai
răspândită și mai performant ă este gazeificarea în strat fluidizat, dar aceasta nu face obiectul
acestui material , de aceea nu va fi prezentat ă. În continuare, sunt prezentate cele mai
importante tehnici de gazeificare ale biomasei în strat fix pentru capacități medii și mici de
producție.
2.3.5.2 Gazeificarea în contracurent – updraft gasifier
Acesta este cel mai simplu tip de gazogen în strat fix. Biomasă este alimentată pe la partea
superioară a gazogenului și se deplasează lent în jos pe măsură ce are loc conversia și
eliminarea cenușii. Introducerea agentului de gazeificare (aerul) se face pe la partea inferioară
a gazogenului pe sub un grătar de bare (sau mai bine un grătar rotativ, care prezintă și
avantajul posibilității reglării debitului de cenușă evacuat, și deci și al vitezei de coborâre a
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 26.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
biomasei în gazogen). Gazele circulă prin gazogen de jos în sus prin stratul de biomasă și ies
din gazogen pe la partea superioară în lateral, la un nivel inferior celui de alimentare cu
biomasă. În acest mod, circulația biomasei și a gazelor este în contracurent, iar succesiunea
zonelor de reacție este cea prez entată în figura 2.3a, [11, 13].
Fig. 2.3 Gazogene: a) în contracurent -updraft ; b) în cocurent – downdraft . [11,13 ].
2.3.5.3 Gazeificarea în cocurent – downdraft gasifier
În acest tip de gazogen biomasa este introdusă pe la partea superioară, iar agentul de
gazeificare (aerul) se poate introduce fie pe la partea superioară, fie prin lateral la o anumită
distanță ceva mai jos. Gazul produs iese din gazogen pe la partea de jos a acestuia, prin
lateral, de aceea se spune că este o gazeificare în echicurent (cocurent), deoarece în special în
zonă de reducere (zonă principală de gazeificare) biomasa gazeificată și gazul au același sens
de mișcare, așa cum reiese și din figura 2 .3.b. Gazele și vaporii din zonă de pi roliză se întorc
prin zona de oxidare (de temperatură ridicată) unde sunt mai mult sau mai puțin arse și/sau
cracate. Din acest motiv, gazul final brut care iese din gazogen are o concentrație foarte
redusă de gudron. În plus, umiditatea evaporată din biom asă în etapa de uscare, fiind și ea
forțată să treacă prin zona de reducere, devine agent de gazeificare și reacționează cu carbonul
din biomasa carbonificată producând CO și H 2 sau chiar la CH 4 (rezultat din reacția
carbonului cu hidrogenul). Acest tip de gaz brut este mult mai curat și poate fi utilizat cu
ușurință. Totuși, în practică, un gaz fără gudron se obține cu totul întâmplător, datorită
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 27.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
variațiilor inerente ale propietăților biomasei gazeificate și a condițiilor de exploatare ale
echipamentelor g azogenului.
Oricum, datorită concentrației foarte mici de gudron și de compuși organici din
condensare, gazogenele în curent descendent pun mai puține probleme, din punct de vedere al
protecției mediului înconjurător, decât gazogenele în current ascendant . Această tehnică de
gazeificare a biomasei este totuși, de departe, cea mai flexibilă și de aceea cea mai
avantajoasă, pretându -se a fi aplicată în cele mai multe situații. O variantă a acestei tehnici de
gazeificare o constituie gazogenele deschise la pa rtea superioară (open top); acestea mai sunt
cunoscute în literatură și sub denumirea “open core”. Câteva din condițiile în care se operează
în această tehnică de gazeificare sunt prezentate în tabelul nr.2 .7, [8, 9, 11, 13].
Tabel 2.7 Condiții de operare pentru gazogenele “open top”
Referitor
la Procedeu de gazeificare
Specificatia “open top” Materia prima Dimensiune, mm 10 – 30
Continut de umiditate, % (Wa) < 12
Continut de cenusa , % (Aanh) ~ 20
Izomorfism dimensional mediu
Densitate in vrac, kg/m3 > 100
Temperatura de inmuiere a cenusii , oC > 1000
Parametrii de performanta ai
gazogenului Puterea electrica instalata, kW <200
Timp de intrare in regim, min 15 – 60
Sensibilitatea fata de caracteristicile combustibilului sensibil
Productia de gudron , g/Nm3 gaz 10 – 15
Dimensiunea / volumul instalatiei de purificare a
gazului mare
Cantitatea de gudroane reziduale mica
Sensibilitate fata de fluctuatiile la alimentarea cu
materie prima nu este
sensibil
Temperatura gazului evacuat , oC 500 – 600
Puterea calorifica a gazului rece , MJ/Nm3 5,5 – 6,0
La aceste gazogene aerul este aspirat pe deasupra întregii secțiuni a stratului de
biomasă, astfel încât este as igurată o mai bună distribuție a oxigenului.În acest mod oxigenul
se va consuma uniform pe întreaga secțiune și temperatura stratului solid va fi uniformă,
nemaiexistând zone fierbinți (zone de extreme locale) în zona de oxidare, așa cum se observă
la gazo genele convenționale, datorită unui transfer termic intern deficitar. Mai mult, diuzele
de insuflare a aerului, întâlnite la gazogenele convenționale, generează goluri în stratul de
material solid și creează obstacole care pot afecta deplasarea stratului s olid.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 28.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Pe de altă parte, intrarea aerului pe la partea superioară a stratului solid induce o circulație
descendentă a gazelor de piroliză și transporta produse le volatile (gudronul) spre zona de
oxidare. În acest mod problemele de curgere datorate pirogenăr ii biomasei și cauzate de
reîntoarcere și amestecare sunt evitate , [8,9].
2.3.5 .4 Gazeificarea în curent încrucișat – cross -draft gasifier
Această tehnică este prezentata în figura 2.4. și este utilizată , în special, în gazeificarea
cărbunilor și cu precădere în gazeificarea subterană, dar poate fi utilizată și în cazul biomasei,
cu condiția ca aceasta să fie pirolizată total sau partial (torefiată) în prealabil și să devină
mangal înainte de alimentarea gazogenulu i.Astfel, gazogenul se alimentează pe la partea
superioară cu biomasă, se produce uscarea și piroliza datorită radiației termice din zona de
oxidare. Aerul este introdus lateral în zona de oxido -reducere, gazul brut rezultat se elimină
tot latera l pe la partea opusă față de intrarea aerului, iar cenușa se elimină pe la partea
inferioară. În zona gurii de alimentare cu agent de gazeificare (aer) se formează zona de
oxidare, de temperatură ridicată (peste 1200 oC), iar în continuarea acesteia, în di recția gurii
de evacuare a gazului, se formează zona de reducere.
Fig. 2.4. Gazeificarea în curent încrucisat , [15]
Avantajul acestui sistem constă în puterile foarte mici la care poate funcționa (în unele
situații, chiar la puteri mai mici de 10 kW); un alt avantaj este acela al necesității unei
instalații simple de purificare a gazului (un ciclon , un răcitor și un fi ltru cu saci), comparativ
cu tipul downdraft. Un dezavantaj îl constituie necracarea gudronului (de aceea este impusă
alimentarea cu material fară volatile – mangal) și ca urmare este utilizabil numai în domeniul
aplicațiilor termice. Randamentul energetic este scăzut, datorită faptului că acel gaz este
evacuat la temperatură ridicată (800 – 900 oC), ceea ce necesită o izolare mai bună la
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 29.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
evacuare, [3, 4].
În figur a 2.5. este prezentat gazogenul de tip crossdraft realizat de firma H ERBST
(Irlanda); iar în f igura 2 .6 este prezentată o secțiune prin gazogenul de tip cros sdraft realizat
de firma HERBS. În tabelul 2.10. sunt prezentate caracteristicile tehnice ale gamei de
gazogene de tip GASMISER produse de firma HERBST
Fig. 2.5. Gazogen de tip crossdraft, HERBST (Irlanda) , [5]
Fig. 2.6. Schemă funcționala gazogen crossdraft HERBST -GASMISER , [5].
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 30.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Tabel 2.10. Caracteristicile tehnice Gazogene HERBST, [5].
Parametrii Tip gazogen
G-30 G-60 G-100 G-200
Putere termică, kW th 30 60 100 200
Randament conversie, % 90 90 90 90
Consum biomasă, kg/h,
– turba u scată 9 18 30 57
– așchii de lemn 10,5 21 34 65
Volum buncăr, m3 0,37 0,5 0,75 1,35
Timp de pornire (maxim), h 0.5 0.5 0.5 0.75
Dimensiuni, mm:
– lungime 1300 1400 1500 1500
-lățime 700 800 800 1300
-înălțime (cu buncar) 2350 2500 2600 2700
Masa , kg 290 380 400 700
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 31.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
3. Procedeul TLUD de micro -gazeificare a biomasei
3.1 Aspecte generale
În prezent , ca urmare a încălzirii globale o problemă importantă o reprezintă reduc erea
concentrației de CO 2 în atmosferă . Biomasa a fost și este o sursă de energie termică , care
poate fi ușor transformată în energie mecanică și electrică din surse regen erabile. Lem nul ș i
biomasa vegetală , au fost și sunt încă folosit e ca o modalitate de generare a energiei termice î n
mod eficient și emisii ridicate de CO și parti cule solide ( PM) în atmosferă. Gazeificare
termo -chimică a biomasei , este un proces cunos cut și folosit de peste 130 ani , se transformă
biomasa într -un gaz combustibil cu randament ridicat de conversie a energiei și cu emisii
reduse de particule solide . Gazul prod us poate arde eficient și curat . Instalații le pentru
gazeificare sunt relativ complexe , fiind de mari dimensiuni , și utilizând un gaz generator
numit gasogen în moto arele cu ardere internă , unde acesta necesită operațiuni de răcire și
filtrare cu echipamente ce duc la creșterea ridicata a costului de instalare.
Pentru o putere termică redusă a fost concepu t un nou tip de proces de micro -gazeificare
a biomasei , în Reed 1985 numit” Top Lit Up -Draft Abbreviated ”, prescurtat TLUD . Acest
proces funcționează cu biomasă fixată și este o combinație de co -curent ( downdra ft) și contra –
curent ( updraft ) tip clasică caracterizată printr -o emisie extrem de redus ă de particule solide și
o toleranță ridicată la tipul de biomasă utilizată .
Un generator TLUD poate fi cup lat direct cu un arzător cu gaz, rezultâ nd un generator
de energie termică , fară a -și schimba denumirea, fiind caracterizat prin tr-un design simplu, de
dimensiuni mici , cu stabilitate funcțională ridicată , și eficiența ridic ată de transformare a
biomasei î n energie termică și cu concentrații foarte scăzute de CO și PM din gazele de
ardere , [ 1,2,4,14,15,17 ] . Generatoare TLUD sunt folosi te în multe aplicații termice precum
la sobe de gătit de la 1 la 3 kW pentru instalațiile industriale mici cu energie termică cuprinsă
între 30 -60 kW . Deoarece acestea au o mare tolerant ă la tipul de biomasă utilizat,
generatoare le TLUD pot fi utilizat e pe scară largă ca sursă de energie termică , curat ă și bio în
zone izolate în care biomasa locală este abundent ă și ușor recoltată și tocată la un cost foarte
scăzut, în medie de 40 € / t, [ 5 , 6,7,1 0 ].
În figura 3.1 este preze ntată diagrama funcțională a procesului de micro -gazeificare
TLUD. Stratul de biomasă este introdus în reactor ce are în componența sa un grătar prin care
circula, de jos până sus, fluxul de aer pentru gazeificare. Amorsare pro cesului de gazeificare
se face prin aprinderea stratul superior al biomasei în reactor, ceea ce duce la consumarea ei .
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 32.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Datorită căldurii radiate de combustie, partea superioară a biomasei se încălzește, uscându -se,
apoi intr ă într-un proces de piroliză rapidă care eliberează substanțe volat ile, care ard
substoichiometric cu aer gazeificat . Din arderea substanțelor volatile rezultă : CO, CO 2, H 2,
H2O, CH 4 și hidrocarburi g rele numite gudroane. Biomasa, cenușa și umiditate a degaj ate,
conțin, în medie 75% substanțe volatile și 25% carbon fix. Carbon ul fix nu intră în piroliza
rămânând în stratul de cărbune incandescent (≈700șC) prin care trec produs ele rezultate din
piroliză . Acestea intră în reacții de reducere, în pr incipal: C + CO 2 ⇒ 2CO și C + H 2O ⇒ CO
+ H2, rezultând în continuare un gaz combustibil, gaz ogen, care are o compoziț ie medie: CO –
15%; H 2-12%; CH 4-2 ≈ 3 și 2% ≈ 3% gudroane, și o temperatură medie de 500 ° C, [2,3,17].
Figura 3.1. Procesul de micro -gazeificare TULD , [12].
Când frontul de ardere ajunge î n partea superioară a grătarului, toate substanțele volatile
din b iomasă au fost gazeificate, iar parte a din carbonul fixat, pe gratar rămâne aproximativ 10
până la 20% cărbun e fierbinte, care se numește în literatura științifică biochar. Această fază de
conversie a biomasei în gaz combustibil se numeste strat de gazeificare incandescent.
Proporția de biochar, în care este încorporat c ea mai mare parte a cenușii din biomasă,
depinde atât la carbonul fixat cât si de biomasa si mențin temperatura de reacție a reduce rii
carbon ului (reacție Bouduard), o temperatură ridicată asigură reducerea a cât mai mult
carbon. Astfel, într -un reactor de ceramică bine izolat, proporția de biocha r este în medie ≤
10%. Dacă alimentarea cu aer continuu pentru gazeificare rămâne un strat de cărbune
incandescent din care rezultă, în principal CO și mai puțin CO 2, care reacționează cu
cărbune le fierbinte , intră în reacție de reducere C + CO 2 ⇒ 2CO. A ceastă a doua fază se
numește gazeificarea cărbunelui ; energia termică produsă este de aproximativ 25% din cea
produsă în faza de incandescență .
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 33.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Din experimentele efectuate s -a constatat că biomasa consumată în timpul pirolizei este
gazeificată cu o eficiență mare de conversie a energiei: ηconv 93 -95%. Gazeificarea biochar –
ului se face cu o eficiență de transformare a energiei de 85 -90%, mai mică decât prima fază
din cauza pierderilo r termice cauzate de temperatura foarte ridicată a gasogen -ului rezultat
≈1000 ° C , [2,12,13,16,17 ].
Schema funcțională a unui generator TLUD cu arzător cuplat este prezentată în figura
3.2. Procesul de micro -gazeificare este alimentat cu aer de la un ventilator cu viteză variabilă.
Biomasa este introdus în reactor ul ce contine un gratar prin orificiile caruia trec de jos în sus ,
aerul pentru gazeificare. Procesul de inițializare se face din stratul superior al biomasei libere.
Energia termic ă este obținută prin arderea gazogen -ului cal d rezultat din timpul pirolizei, el
este amestecat cu aerul de ardere preîncălzit introdus în zona de combustie prin orificii situate
în partea de sus a reactorului. Amestecul împreună cu turbulența ridicată arde cu flacără la
gura de sus a generatorului cu temperatură ridicată de 900 -1000 ° C . Pentru a regla puterea de
încălzire necesară este variat debitul de aer Dag pentru gazeificare și Dard pentru ardere prin
intermediul a două clape, cuplate mecanic sau prin variația vitezei ventilatorului. Procesul
TLUD este cu strat fix de biomasă și prin urmare generatorul funcționează tip cuptor de
reîncarcare . Gazeificarea se face cu o i ntensitate scăzută, cu consum specific redus de 100-
150 kg.bm/m2h cee a ce duce la reducerea competenț ei reactorului cu 250 -350 kW/m2. Acest
proces lent m enține vit eza superficială a gaz ogen -ului produs la valori foarte mici v sup≤ 0.06
m/s care asigură reducerea cenușei libere pentru concentrații M2.5 la ieșirea din arzător pâna
la 5 mg/MJbm, în valoare de cel puțin cinci ori mai mici decât standardele actuale necesare
pentru generatoarele de caldură cu combustibil solid. Deoarece aceasta asigură o amestecare
foarte bună a gaz ogen -ului cu aerul de combustie , pentru un exces optim de 1.4 -1.5 in gazele
arse, concentrația de CO este sub 2 % sau 0.8 g/ MJbm , valoare sub regulile impuse. Acest
lucru face ca generatorul de căldură TULD să fie un sistem de producție puț in poluant în
comparație cu alte gen eratoare de caldură cu combustibil solid.
Acest tip de generator de căldură a fost elaborat și utilizat în sobe pentru a prepara alimente
în zone izolate , lucrând foarte bine cu o mare varietate de biomasă locală. Un exemplu notabil
este energia și performanța aragazului portabil produs de Philips, în care ventilatorul este
alimentat cu energie electrică produsă de un generator de caldură cu semiconductori montați
sub grătar, fiind un generator tipic de căldură cu independență energentică.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 34.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Fig. 3.2 Schema funcțională a gazogenului TLUD
Schema funcțională a unui modul energetic TLUD este prezentată în figura 3.2., iar in
figura 3.3 schema funcțională a unui modul energetic termic cu procedeu TLUD.
Fig. 3.3 Schema funcțională a modului energetic TLUD
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 35.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Gazele combustibile rezultate din procesul de gazeificare a biomasei se amestecă cu
aerul secundar de ardere, preîncălzit de peretele reactorului, introdus în zona de ardere prin
orificiile dispuse la partea superioară a reactorului. Amestecul, cu turbulen ță ridicată, arde cu
flacără la gura superioară a modulului la temperaturi de 900 – 1000șC.
Figura 3 .3. ne arată diagrama functională a generatoru lui TULD al cărui arzător de
gazogen este separat de gazogen. Gaz ogen ul este un gaz combustibil cu valoare re dusă caloric
și pentru o co mbustie eficientă folosește arză toare de specialitate de tip FLOX. Pentru a
obține o performanță termică și cerințele funcționale impuse de consumatorii industriali
actuali de energie termică, generatorul termic TULD poate fi ech ipat cu un dispozitiv de
conducere automată PLC orientată. În figura 3.4 este prezentată o schemă bloc a unui
generator de căldură TLUD pentru utilizarea în sere și uscătoare prin convecție . [7, 10].
Fig. 3.4. Diagrama bloc a unui generator de căldură TU LD, [17].
În generatorul TLUD intră biomasă, aer de gazeificare și aer de ardere preum și energie
electrică. Energia electrică consumată este de cel mult 0,3% din căldura produsă, aspect care
recomandă utilizarea de generatoare termice TLUD în zone izolate. Principalele caracteristici
ale generatorului de căldură TLUD sunt: putere termica P tarz și masă M bch a biochar -ului.
Periodic el trebuie să fie descărcat de cenușă care, în medie, reprezintă 0,2 % din biomasa
utilizată. Diferența dintre minerale este încorporată în biochar . Figura 3.5 prezintă un aragaz
de gătit tip Oorja -Plus 20 kW iar in figura 3.6 ne este prezentat un generator experimental
TULD cu putere nominala de 30 kW . În figurile 3.7 și 3.8 sunt prezentate generatoare tip
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 36.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Oorja -Jumbo ( India) de la 15 la 60 de kW care func ționeză cu peleți din reziduuri agricole
vegetale și sunt concepute pentru prepararea hranei și a altor aplicații termi ce, [2].
Fig.3.5 Oorja – Plus, [3]. Fig.3.6 Generatorul GAZMER -TLUD de 30 kW , [3].
Fig.3.7 Oorja -Jumbo -K15, [8] Fig.3.8 Oorja -Jumbo -K60, [8]
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 37.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
În figurile 3.9 și 3.10 sunt prezentate baterii generator de TLUD pentru utilizare în
brutării și uscătoare convectiv; facilități concepute , dezvoltate și realizate de profesorul Alexis
Belonio din Filipine , [2].
3.2. Caracteristicii TULD
Biomasa folosită în procesul de micro -gazeificare TLUD separă energia și masa în două
părți: o parte din biomasă, este complet transformată în gaz ogen iar biochar -ul rămâne după
faza de gazificare în strat incandescent. De exemplu, în tabelul 1 sunt prezentate compoziții
chimice și puterea calorifică inferioară de biomasă derivate din tăierea merilor, biochar -ului
și o partea a biomasei gazeificate integral . Cenușa din biomasă rămâne în biochar iar apa e ste
partea a biomasei gazeifica te, [ 8,9,11 ] .
Se pare că în cazul în care producția de energie termică a biochar -ului nu este gazeificată ,
acesta poate fi utilizat numai 78 % din energia potențială a biomasei încărcate în reactor.
Acest lucru este esențial în alegerea modului de funcți onare a generatorului TLUD: cu sau
fără gazeificare a biochar -ului. Cele două moduri de funcționare implică diferite materiale și
soluții constructive; gazeificare a biochar -ului are loc la temperaturi ridicate, la care trebuie să
reziste atât reactorul cât și grătarul.
Un alt aspect este rata de utilizare a energiei din biomasă. În cazul în care biochar -ul are
o valoare de utilizare, atât din punct de vedere economic cât și ecologic, se recomandă modul
Fig.3.9. Generator de baterie TLUD 2×15 kW
pentru brutarii , [10]. Fig.3.10. Generator de baterie TLUD 2×60
kW cu arzător pentru un uscător de convecție ,
[10].
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 38.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
de operare cu producție de biochar. În cazul în care este necesar să se utilizeze pe deplin
resursele disponibile ale energiei, biochar -ul va fi gazificat, dar generatorul TLUD va costa
mai mult sau se va uza mai reped e.
Tabel 3.1. Proprietățile biomasei din taieri pomicole la meri [5].
Size UM Biomass
chopped Biochar Biomass
gasified
Relative mass % 100.00 15.00 85.00
Carbon % 43.11 73.60 36.78
Oxygen % 35.57 10.80 39.94
Hydrogen % 5.12 2.20 5.63
Ash % 1.20 8.00 0.00
Water % 15.00 0.00 17.65
P.C.I. MJ/kg 15.30 22.40 14.05
Rate of energy use % 100 21.96 78.04
Tabelul 3.2 reprezintă principalele caracteristicii funcționale ale generatoarelor termice
TULD
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 39.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Tabel 3.2. Caracteristicile și performanțele generatoarelor termice TULD . [12].
Characteristic UM Chopped apple -trees Pellets
with without with without
biochar biochar biochar biochar
Density layer kgbm/m3 300.00 300.00 600.00 600.00
Specific nominal consumption kgbm/m2h 100.00 100.00 100.00 100.00
Ratio biochar kgbch/kgbm 0.15 0.00 0.10 0.00
Average C content in biochar real 0.74 0.74 0.80 0.80
P.C.I. biomass MJ/kg bm 15.30 15.30 16.50 16.50
P.C.I. biochar MJ/kg bch 22.40 22.40 24.50 24.50
P.C.I. gasified biomass MJ/kg bmg 14.05 15.30 15.61 16.50
Utilization rate of energy from
biomass real 0.78 1.00 0.85 1.00
Nominal energy efficiency real 0.93 0.93 0.93 0.93
Useful specific energy kWh/kg bm 3.09 3.96 3.63 4.27
Specific thermal power kW/m2 308.78 308.78 363.35 363.35
Useful energy density MWh/m3 0.93 1.19 2.18 2.56
Specific emission of CO kg/m 2h 5.56 5.56 6.54 6.54
Specific emissions of PM 2.5 g/m2h 4.45 4.45 5.23 5.23
CO2 balance retained in the soil kg/m3
bm -121.44 0.00 -176.00 0.00
Am analizat, folosind moduri de funcționare cu și fără biochar pentru două tipuri de
biomasă :
Biomasa din tunderea merilor ( Tabelul 1) – de exemplu cu valorile exacte ,
Peleți din biomasă lemnoasă, cu 8 % umiditate și caracteristici medii;
Am folosit aceleasi momente specifice de consum de biomasă C bmh = 100 kgbm / M2H
pentru a face o comparație de performanță . Eficiența energetică în modul nominal este
producerea de energie a eficienței de conversie ηconv = 0.95 cu randament de ardere ηard =
0.98. Este o valoare maximă, dar fezabilă și este folosită pentru a evidenția performanța
maximă. Se par e că producția specifică de putere utilă are valori 300 -360 kW / m2, valori
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 40.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
foarte mici sunt de aproximativ 1% din focarele de ardere a biomasei, care oferă TLUD -ului
siguranța de operare funcțională și o durabilitate ridicată. O caracteristică specifică a TLUD
este densitatea de energie utilă de volum de reactor ρ enr, cu valori 0.93 -2.56 MWh / m3 ,
param etrul este energie utilă stocată de biomasă în reactor . Există un avantaj clar în folosirea
biomasei compactate pentru a realiza o durată mai lunga de func ționare, fără reîncărcare, dar
cu costuri mult mai ridicate.
Performanțele generatoarelor TULD termice si ecologice sunt date de :
Emisie CO în raport cu secțiunea r eactorului, cu media de 6 kg.CO 2 / M 2 H, ceea ce
corespunde la 2 % CO / ( CO + CO 2 ) din gazele de ardere ;
Emisiile specifice de PM care sunt foarte scăzute, între 4,4 și 5,3 g / M 2 H conversia
practic fara fum a biomasei în energie termică;
Echilibru specific de CO 2 corespunzător biochar -ului este încorporat ca un amendament
la soluri le agricole, cu valor i mari între -120 și -180 kg.CO 2 / m3bm sau -400 kg.CO 2 / TBM
în regimurile cu biochar și evident, zero când biochar -ul produs este gazeificat în a doua fază.
Energia și diferența economică între cele două regimuri de funcționare este evidențiată de
către energia utilă produsă din biomasă care fără nici un procedeu , biochar -ul are valoarea 1,
atunci când este realizat cu 28% mai multă energie termică decât prima fază. Dacă trece faza
de gazificare a biochar -ului se obține în final un ec hilibru neutru CO 2.
În tabelul 3.3 sunt prezentate date constructive, funcționale și economice pentru un
generator TLUD cu un reactor de 1 m perimetru minim cu o putere termică de 30 kW . Datele
din tabel poate fi folosit atât pentru comparația generatorul ui TLUD și calculul inițial.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 41.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Tabel 3. 3 Generator termic TLUD cu arzător cuplat , [5].
Characteristic UM Minced apple -trees Pellets
with without with without
biochar biochar biochar biochar
Diameter reactor m 0.317 0.317 0.317 0.317
Reactor section m2 0.079 0.079 0.079 0.079
Nominal hourly consumption kgbm/h 7.892 7.892 7.892 7.892
Nominal power kW 24.370 31.228 28.677 33.677
PM emission g/h 0.351 0.450 0.413 0.485
CO emission g/h 0.439 0.562 0.516 0.606
Biochar produced kgbch/h 1.184 0.000 0.789 0.000
CO 2 balance kg/h -3.195 0.000 -2.315 0.000
Price biomass processed locally €/t 40.00 40.00 160.00 160.00
Price biomass purchased €/t 80.00 80.00 160.00 160.00
Fuel cost from BM -local €/kWh 0.013 0.010 0.044 0.037
Energy cost from BM purchased €/kWh 0.026 0.020 0.044 0.037
Relative costs BM -local % 100 78 340 289
Relative costs BM -purchased % 200 156 340 289
O evaluare economică a costurilor de producție de energie termică cu generatoare TLUD
arată că posibilitatea de a utiliza biomase locale disponibile în condiții normale, mărunțite și
uscate la locul de utilizare, duce la costuri de combustibil de 2 ori mai mic decât pentru
biomasa tocată cumpărat ă și 3.7 ori mai mici decât pentru pelet e.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 42.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
4. Cercetarea privind e ficienț a utilizar ii biochar -ului în legumicultură
4.1. Principii de utilizare biochar î n legumicultură
BCH este un cărbune vegetal steril obținut din piroliza biomasei lemnoase într -un mediu
fără oxigen sau cu o concentrație substoichiometrică. El are un conținut în carbon de 75 -90%
și este caracterizat prin o foarte mare porozitate și capacitate de adsorbție. BCH se poate
utiliza ca amendament agricol pentru creșterea fertilității solurilor agricole, precum și ca
material f iltrant pentru aer, gaze și apă. Incorporat în sol reprezintă cea mai economică și
ecologică modalitate de sechestrare a carbonului atmosferic pentru durate mari de timp.[1]
Ca orice alt îngrășământ organic, biochar -ul poate fi aplicat pe sol prin diferite metode,
inclusiv de radiodifuzare, aplicare pe banda, etc. Dar cu toate acestea, mod ul de aplicare al
biochar -ului î n legumicultură depinde și de mașinile si forța de muncă disponibilă.
Din punct de vedere al utilizării trebuie să se țină seama ca bioch ar-ul este un instrument
de gestionare a calității solului pe termen lung, îmbunătățind calitățile acestuia și ducând la
creșterea culturilor, în timp ce reține din sol cantități semnificative de CO2, și protejându -l
impotriva schimbarilor climatice. [3]
Este important să se înțeleagă faptul că biochar -ul nu este un îngrăsămant real pentru sol,
chiar dacă el conține cenușă, iar cenușa sa poate furniza plantelor substanțe nutritive precum:
calciu, magneziu și potasiu. El reprezentând un foarte bun îngrășămâ nt pentru solurile sărace
în nutrienți, unde de la prima aplicare a cenușii de biochar, acesta poate da randamente foarte
bune pentru cultură. De asemenea biochar -ul nu conține cantității seminficative de azot, dar
conține carbon descompus, denumit ”insta bil”, astfel că, în cazurile în care se aplică biochar
iar azotul este insuficient furnizat, imobilizarea lui poate reduce randamentul culturii, dar
acest lucru se poate remedia prin utilizare de compost (în cazul în care, raportul C:N este prea
mare, de e xemplu), iar amestecarea biochar -ului cu composturile si bălegarul pot reduce
mirosurile, oferind o cat mai buna. [5]
Biochar -ul are un pH ridicat (de exemplu > 9), iar pentru rezultate optime, nu trebuie
folosit în combinație cu un sol al cărui pH depășe ște valorea limită, deci înainte de utilizare,
trebuie măsurată valoarea exactă a pH -ului solului cu care vine în contact.
De asemenea pentru a putea fi utilizat, biochar -ul trebuie să fie uscat pana la 20%
umiditate, pentru a nu -și pierde propietetătile de menținere a apei cât și a nutrienților in sol cât
și reducerea emisiilor de CO2. [7]
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 43.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Conținutul de biochar trebuie sa fie mai mare de 50% decat masa uscata.
Conținutul de carbon negru (componenți organici aromatici ușor degradabili) trebuie sa
fie intre 10-40% din masa totala a carbonului.
Raportul masei molare H/C trebuie sa fie mai mic decat 0,6. Valori mai mari de 0,6 sunt
un indiciu ale unor caracteristici inferioare și deficiențe de piroliză [Schimmelpfenning
Glaser 2012]. [7]
Raportul masei molare O/C trebuie să fie mai mic de 0,4. Biocharul trebuie mărunțit cât
mai uniform, sub 5 mm, și măsurată distribuția gran ulometrică – cu set de site. [2]
Dozarea solului cât și a biochar -ului nu trebue să se facă volumetric, ci masic pentru a se
putea controla exact structura amestecului. În figurile 4.1 și 4.2 este prezentat atât modul
ineficient de cât și modalitatea corectă de dozare a solului.
Fig. 4 .1. Dozarea volumetrică, imprecisă, a solului si a biochar -ului,
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 44.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Fig 4.2. Dozarea volumetrică, precisa , a solului si a biochar -ului,
Producția de biochar din piroliza reziduuri lor forestiere și cultură ar e potențialul de a
sechestra CO 2 atmosferic î n bazine mai stabile a solului.
Beneficiile agronomic e sunt derivate în principal, din valoarea de îngrășământ a biochar și a
efectelor sale asupra îmbunătățirii condițiilor fizice ale solului, în special, caracteristicile
capacității de retinere a apei din sol și drenare a solului. [2]
4.2. Obiective exper iment determinare eficiență aplicare biochar în solul pentru
legumicultură
Eficiența biocharului în legumicultură este foarte dezvoltată. Acesta reprezintă o sursa
importantă de amendament pentru sol, aducând urmatoarele beneficii:
– Pastrarea nutrienților in sol. Acesta este un beneficiu pe termen lung al biochar –
ului, deși le reține acestea se descompun relativ ușor. Biocharul rămâne în sol timp de secole,
iar pe parcursul anilor, după ce a fost aplicat în sol, pentru a -l activa și ai crește capacitatea în
reținerea nutrienților se poate adăuga gunoi de grajd, ceea ce il diferențiază de alte tipuri de
îngrășământ. [9]
– Îmbunătățirea potențială a proprietăților fizice ale solului. Acest lucru se face
doatorită faptului că biochar -ul are o densitate foarte scă zută ceea ce îl face foarte poros.
Acționează ca un burete în sol, cu rol de reținere a apei la suprafața acestuia, reducând
compactarea solului. Dar acest lucru poate diferenția in funcție de textura solului, de exemplu,
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 45.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
dacă adăugăm biochar într -un sol n isipos, acesta are rolul să îmbunătățească retenția de apă,
dar și aerarea solurilor argiloase.
– Biocharul poate realiza condiții adecvate pentru microbii din sol, ducând la
fixarea ciupercii ”Mycorrhizal Rhyzobia” dar și a azotului. Prin urmare, si alți mi crobii din
sol își pot găsi adăpost in porii particulelor biochar -ului, ceea ce ajuta la protejarea legumelor
de de animalele care le prădesc. Acesta este, prin urmare un beneficiu pe termen lung al
biochar -ului. [6]
În urma unor studii bine determinate, s -a constatat că biochar -ul rămâne în sol timp de
milenii. Acest lucru se datorează faptului ca cea mai mare parte a materialului este foarte
rezistent la desompunere de microbi. În timpul pirolizei structura moleculara este rearanjată,
pentru a forma o în altă stabilitate în sol. Carbonul din atmosferă devine încorporat in biomasa
de plante, resturi vegetale, sechestrându -l în sol astfel prin utlizarea lor la formarea biochar –
ului; acest lucru oferă o calitate ridicată a solului.
Biochar -ul oferă și alte b eneficii de mediu, precum:
– Reducerea poluării cu nutrienți în corpurile de apă. Din moment ce biochar -ul
menține nutrienții la baza rădăcinii, ei nu permit ieșirea acestora prin profilul de sol în apă.
– Reduce producția de gaze cu efect de seră de către sol , două dintre cele mai
periculoase gaze: oxizii de azot și metanul au fost considerabil reduse dupa aplicarea biochar –
ului în sol.
– Biochar poate reduce biodisponibilitatea și mobilitatea metalelor grele și a
pesticidelor în sol. Această proprietate, combin ată cu alte efecte ale biochar -ului asupra
calității solului, poate face biochar -ul un instrument util pentru revegetarea solurilor
contaminate sau degradate. Prin urmare, aceasta poate avea implicații negative în unele cazuri
în care agricultorii se bazea ză pe activitatea de pesticide în sol. [1]
Pe scurt, biochar are potențialul de a oferi bene ficii pentru calitatea solului a tât pe
termen scurt și lung. Beneficiile pe termen lung ale biochar sunt unice pentru acest
amendament a solului, din moment ce al te modificări importante organice se descompun rapid
în anii de după ce sunt aplicate .
În figura 4.3 este prezentată structura microscopică a biochar -ului cât și plasarea lui în sol.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 46.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Fig 4.3 Biochar -ul în sol, si structura lui microscopică , [3]
Ceea ce urmărim ca și obiectiv principal prin acest experiment, constă în primul rând
producerea fizică de biochar, pe care il vom produce cu ajutorul unui arzător cu gazeificare
TULD pe care îl vom utiliza ca și amendament pentru sol, pentru dezvoltarea legumelor alese
pentru experiment: ridichii, roșii , si spanac. De ce am ales aceste legume? Ei bine, am încercat
să găsesc legume al caror timp de apariție si evolutie este mai scurt, între 30 și 65 de zile.
Vom observa pe parcursul plantației, decursul e voluției plantelor, de cât biochar este
nevoie pentru a se putea dezvolta planta armonios, cât și aspectele fizice ale legumelor:
culoare, textura, diametru, etc.
Vom face de asemenea și analize ale caracteristicilor fizice și chimice ale biochar -ului,
precum în următorul capitol.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 47.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
4.3. Proiectare experiment determinare eficiență aplicare biochar în solul pentru
legumicultură
Din legumicultură se poate trăi, și se poate trăi chiar bine. E o ocupație ce poate să fie
profitabilă atunci când este bine facută și organizată eficient. De aceea asa cum am vorbit în
capitolele de mai sus, am găsit un mod eficient de a produce legume gustoase și în același
timp de a proteja solul. Ei bine această metodă este producerea de biochar, și aplicarea lui î n
sol.
Se ȋncepe realizarea acestui experiment prin:
a. Producerea de biochar cu ajutorul unui gazogen TULD, folosind ca și biomasă, peleții
(pentru a produce un kg de biochar este necesar de aproximativ 6 kg de biomasă de 20%
umiditate). Acest lucru este prezentat în figura 4.4.
b. apoi acesta a fost mărunțit cât mai uniform, cu granule de aproximativ 5 mm;
c. Înainte de a folosi biochar -ul am facut o analiză atât fizică cât și chimică a acestuia
pentru a putea vedea compatibilitatea cu solul și de cât biochar avem nevoie pentru a obține o
recoltă a plantelor cât mai productive.
d. dupa ce biochar -ul a fost mărunțit, acesta a fost amestecat cu solul experimentat; cel
mai important lucru de amintit este ca dozarea sol + biochar se face ma sic și nu volumetric,
deoarece dozarea volumetrică nu este exactă
e. am utili zat ca și materiale de depozitare a biochar -ului amestecat cu pământ ghivece
pentru răsaduri în care se plantează legumele (ridichii, spanac, și roșii) pentru a putea
monitoriza e valuarea lor;
f. am utilizat câte 5 ghivece , ce sunt prezentate în figura 4.5, pentru fiecare legumă î n
parte distribuindu -le astfel :
Un ghiveci în care am folosit doar pământ fără biochar (0% biochar)
În al doilea ghiveci am folosit 5% biochar din canti tatea de pământ
Din al treilea ghiveci am luat din cantitatea de pământ și am adăugat 10% biochar
în al patrulea ghiveci am foslosit 15% biochar
iar in al cincilea ghiveci am folosit o cantitate de 20% biochar, de undea fost luata
aceeasi cantitate de pamant
g. plantele au fost udate cu aceeasi cantitate de apă și ținute în aceleași condiții de mediu
pentru a putea observa evoluția lor; atfel apa este reținută la rădăcina plantei, pământul devine
asemeni unui burete datorită structurii poroase a bio char-ului
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 48.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 4.4 . Producere biochar cu ajutorul unui gazogen TULD
Fig. 4.5 . Pregatirea ghivecelor cu biochar ș i sol și umezirea acestora ,
Pentru acest experi ment a fost nevoie de 1 galetusă ce cantareste 5,6 grame în care a fost
cantarită cantitatea de biochar. Acestea au cantă rit 360 ,6 g de biochar din care s -a scăzut
greutatea găletii ajungându -se la val orea de: 355 g material.
Biochar = 355 g
Sol de pă dure argiloiluviat brun -rocat din zona Roata de Jos = 617 g , prezentat în figura 4.6.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 49.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Fig. 4.6. Harta solurilor, [24]
S-a facut urmatoarele operaț ii pentru a vizualiza exac t cantitatea de sol ce trebuie înlocuită
cu biochar:
617 g x 5/% = 30,85 g~31 g de biochar
617g x 10% = 61,7g~62 g biochar
617g x 15% = 92,55 g~93 g
617 g x 20% = 123,4 g~ 123 g
În figurile 4.7, 4.8, 4.9 și 4.10 sunt prezentate rezultatele calculelor amestecului de biochar cu
sol.
Fig 4.7 . Cantarire biochar vs sol pentru concentratia de 5%,
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 50.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Fig 4.8 . Cantarire biochar vs sol pentru concentratia de 10 %,
Fig 4.9 . Cantarire biochar vs sol pentru concentratia de 15%,
Fig 4.10 . Cantarire biochar vs sol pentru concentratia de 20%,
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 51.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
În tabelele următoare sunt prezentate caracteristicile fizice și chimice ale biochar -ului:
Tabelul 4 .1. Caracteristicile fizice ale biochar -ului pur utilizat pentru experiment
Parametrii fizici Unitatea
de măsură Valoarea
Cantitatea max de apă absorbită gg-1 4.53
BET m2g-1 410±6
Porozitatea totală mm3 g-1 2722
Pori de transmisie mm3 g-1 318
Pori de stocare mm3 g-1 1997
Pori reziduali mm3 g-1 406
Distribuția granulometrică mm3 g-1
50-20 % 4.45
20-10 % 12.1
10-8 % 13.1
8-4 % 10.36
4-2 % 19.85
2-1 % 24.2
<1 % 15.94
Tabelul 4 .2. Caracteristicile chimice ale biochar -ului pur utilizat pentru experiment
Parametrii
chimici Unitate de
măsură Valoare
C % 77.8
N % 0.91
Al mg kg-1 268
C/N – 63.53
Ca mg kg-1 25000
Cu mg kg-1 97
Fe mg kg-1 333
K mg kg-1 13900
Mg mg kg-1 28700
Mn mg kg-1 84
Na mg kg-1 11900
P mg kg-1 23300
S mg kg-1 481
Zn mg kg-1 104
pH – 9.8
CEC mg kg-1 101
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 52.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
5. Influenta calitatii biocharului asupra cresterii plantelor
Calitatea biocharului influențează, ȋn multe cazuri, sporul de productivitare in cultura
diferitelor plante legumicole. [10]
La Universitatea BodenKultur din Wiena s -a efectuat experimente cu diferite sorturi de
BC produse din surse diferite la temperaturi de piriloză diferite:
Tabelul 5 .1. Sorturi BC, [10]
Poz. Biomasă bază Temperat ură
strat piroliză
(grade C)
1 Iarba energetică 525
2 Tocătură de lemn 525
3 Coarde viță de vie 400
4 Coarde viță de vie 525
Principalele caracteristici ale biocharului utilizat sunt prezentate ȋn figurile 5.1:
Fig. 5 .1 Caracteristici biochar pentru experiment, [10]
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 53.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
S-au utilizat două concentrații de BC de 1% și de 3%. Influența ȋn creștererea pl antelor este
prezentată figura 5.2.
Fig. 5.2 Influenta utilizării une i concentrații de 1%, [10]
Datorită concentrației foarte mici de biochar experimentul ȋn general nu este concluziv.
Se remarcă î nsă un aspect foarte important – la muștar efectul cel mai mare s -a obținut
pentru un biochar cu un compus organic volatil foarte mic, biochar -ul obținut la temperatură
relativ mai mare – 525 C
O prima concluzie constă in faptul că concentrația de compuși organici volatili este in
multe situații determinantă și ca urmare cu cât biochar -ul are un compus organic volatil mai
mic cu atât el este mai ef icient ca amendament agricol.
O concentrație mică de compuși organici volatili se obține pentru temperaturii mai mari
ale stratului de flaming -pyrolysis (ardere prin piroliză) , ȋn domeniul 650 – 750 C. [ 10]
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 54.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
6. Rezultate experimente efectuate în le gumicultură
Se vor prezenta rezultatele experimentale obținute în urma aplicării biochar -ului ȋn
legumicultură:
Figura 6 .1. Ridichii cu 0% biochar
În cele două imagini din partea de jos a figurii 6.1. sunt ridichii în primele 2 săptămâni
de plantație, iar în celelalte două imagini din partea superioară a figurii 6.1, sunt prezentate
după câ teva săptămani de evol uție. Se poate observa faptul că frunzele legumii sunt
dezvoltate, î nsa fructul nu are un diame tru destul de mare acest lucru se datorează faptului că
nu își poate prelua nutrienții necesari creșterii. În figurile 6.2, 6.3,6.4, 6.5, și 6.6 este prezentat
rezultatul experimental efectuat asupra semințelor de ridichie.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 55.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.2 . Ridichii cu 5% biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 56.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.3 . Ridichii cu 10% biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 57.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.4 . Ridichii cu 15 % biochar
În figura 6.4 se poate vedea evoluția ridichiei ce a fost plantată în păm ânt cu 15% biochar,
încă din a treia saptămână de plantație aceasta a început să se ofilească și să își piardă din
proprietăți. Deși planta a fost udată cu aceeași cantitate de apă ca și celelalte plante, această
concentrație de biochar, nu a fost proprice pentru dezvoltarea plan tei în totalitate.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 58.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.5 . Ridichii cu 20% biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 59.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.6 . Evolutia ridichiilor ȋn sol cu concentrații diferite de biochar
În prima parte a figurii 6.6 se poate observa faptul ca la concentratia de 10% si 15% ridichiile
au o ra ta de dezvoltare mult mai rapidă și eficienta, deși la concentrați a de 20% dezvoltarea
este mai lentă , aceasta concentratie a ajutat la dezvoltarea tuturor semintelor de ridichii p e
când la celelalte concentrații, 1 sau 2 seminte. În partea a doua a imaginii se observă cantitatea
necesară de biochar pentru dezvoltarea ridichiilor ce este reprezentată de concentrația de
10%, unde ridichiia se dezvolta foarte bine, însă si 20% cât și cea de 5 % ajută la dezvoltarea
ei, pe când la o concentrație de 15 % ridichiile nu se pot dezvolta, deoarece este o cantitate
mare de biochar care îi oferă acesteia o cantitate mult prea mare de amendament.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 60.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
În ghiveciul martor (0% biochar) ce l mai dezvolt ate sunt frunzele plantei, pe când fructul are
dimensiuni mult mai mici și o culoare de roșu rânced.
În continuare vor fi prezentate în figurile 6.7, 6.8, 6.9, 6.10, 6.11, și 6.12 câteva imaginii cu
roșii în diferite zile de plantație.
Figura 6.7 Roșii cu 0% biochar
În figura 6.7 este prezentată evolu ția roșiilor în primele șase săptămâni de plantație , cu 0%
biochar, acestea nu au o evoluție bună, iar culoarea frunzelor sunt de un verde pal, ceea ce
arată că solul brun -roșcat de pădure nu oferă o cantitate suficientă de nutrienți plantei.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 61.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.8. Roșii cu 5% biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 62.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.9. Roșii cu 10% biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 63.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.10 . Roșii cu 15% biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 64.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.11 . Roșii cu 20% biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 65.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Fig. 6.12. Evolutia rosiilor ȋn sol cu concentrații diferite de biochar
În imaginile figurii 6.12 sunt prezentate cele cinci concentrații pe care le -am folosit pentru
acest experiment. Cea mai eficientă concentrație pentru o dezvoltare cât ma i optimă a roșiilor
o reprezintă concentr ația de 15% unde planta pe langă faptul că s-a dezvoltat armonios dar are
și o culoare de verde mult mai închis ceea ce înseamnă că a absorbit toate substanțele nutritive
din sol, urmată de concentrația de 5% . La concentrația de 0% planta are o rată mai scă zută
de dezvoltare, apărând î n ziua 18 de plantaț ie. Atât la roșia cu concentrația de 10% biochar cât
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 66.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
și la roșia etalon (0% biochar), culoarea frunzelor este de un ve rde pal, ceea ce arată faptul că
pentru acest sol, planta nu se poate dezvolta în condiții optime, deoarece solul nu îi oferă
suficienți nutrienți.
Mai departe în figurile 6.13, 6.14, 6.15, 6.16, 6.17 și 6.18 s-a realizat experiment și pentru
spanac, și vor fi prezentate câteva imaginii de pe perioada de plantație.
Figura 6 .13. Spanac cu 0 % biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 67.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.14 . Spanac cu 5 % biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 68.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.15 . Spanac cu 10 % biochar
Dacă pentru celelalte concentrații spanacul a avut o durată de dezvoltare destul de lentă, la
concentrația de 10%, prezentata în figura 6.15, spanacul nu a încolțit, biochar -ul încetinind
creșterea acestuia , ducând la lipsa apariției spanacului.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 69.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.16 . Spanac cu 15 % biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 70.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Figura 6.17 . Spanac cu 20 % biochar
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 71.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Fig. 6.18 . Evolutia spanacului ȋn sol cu concentrații diferite de biochar
Pentru spanac biochar -ul nu este un ajutor forte (figura 6.18) , acesta s -a dezvolt at foarte greu,
iar cea mai bună cantitate este concentrația de 20% urmată de concentraț ia de 15%. Ajungând
la finalul perioadei de creștere, spanacul a ajuns la o culoare verde pal, ceea ce arată că,
biochar -ul nu este un amendament bun pentru această plantă.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 72.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
7. Concluzii
Producerea concomitentă de energie termică și biochar caracterizată prin conceptul actual
denumit CHAB, reprezintă o modalitate economică și ecologică de valorificare locală și
regională a biomasei reziduale agricole pentru creșterea nivelului de independență energetică
a fermelor agricole, creșterea potențialului productiv al terenurilor agricole, pre cum și a
sechestrării în sol pe perioade lungi a carbonului atmosferic. Aplicarea conceptului CHAB are
ca rezultat o reducere semnificativă a costului energiei termice, în special în cazul utilizării
local e de biomasă reziduală tocată și uscată natural sau forțat. Pentru o utilizare direct ă în
ferme a resurselor proprii de biomasă se poate obține energie termică cu cost aproape de zero.
Se recomandă utilizarea modulelor energetice cu procedeu de gazeificare TLUD
deoarece sunt simple constructiv, sigure în e xploatare și produc cu un randament global
ridicat atât energie termică curată cât și biochar de calitate superioară. Prin încorporarea
biocharului în solurile agricole se obține o sechestrare ecologică a carbonului atmosferic, în
medie circa 400 kg.CO 2/t.bm, care este foarte economică comparativ cu alte procedee propuse
și încercate.
Este necesară o dezvoltare a cercetărilor privind utilizarea cu eficiență sporită a
biocharului care se poate produce în fermele agricole, atât pentru creșterea fertilităț ii solurilor
agricole, cât și ca material filtrant pentru aer și apă.
Generatorul cu procesul de micro -gazeificare TLUD poate fo losi o mare varietate de
biomasă pentru a produce energie termică pentru o înaltă eficiență de conversie a energiei și
emisii fo arte scăzute. Este un proces cu pat fix, care funcționează în modul de încărcare și nu
necesită amestecare. Este mult mai ieftin decât alte arzătoare de biomasă, usor de întreținut și
cu fiabilitate ridicată.
Generatorul TLUD este singurul producător de e nergie și biocharul are o mare valoare
de utilizare atât ca amendament agricol cât și pentru reținerea carbonului în sol cu un sold
negativ până la -400 kg.CO2 / TBM .
Utilizarea biomasei locale ieftine și accesibile oferă costuri foarte mici pentru energi a
termică produsă de aproximativ 13 € / MWh de 3,7 ori mai ieftin decât utilizarea de pelete.
Ajustarea puterii termice a generatorului TLUD în gama de 50 -100 % se face prin
variația vitezei ventilatoarelor; generatorul este foarte ușor de controlat de la nivelul
operatorului până la controlorul de conducere automată a unui PLC .
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 73.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Generator TLUD consumă energie electrică, care este cu 0, 3 % din energia termică
produsă , fiind un utilizator perfect pentru centrale de cogenerare de ardere externe utilizate în
realizarea independenței energetice .
Aceasta lucrare ofera o introducere la aspectele legate de funcționarea și utilizarea de
generatoare termice TLUD cu datele primare pentru calcule inițiale .
Se poate observa faptul că este nevoie să se cunoască cu exact itate caracteristicile fizice
și chimice atat ale biochar -ului cât și ale solului pentru a putea doza optim cât biochar este
necesar pentru dezvoltarea plantelor.
Există totuși o serie de constrângeri din punct de vedere logistic și financiar care
limiteaz ă adoptarea imediată a biocharului pentr u a putea diminua gazelor cu ef ect de seră.
Biochar -ul ȋn amestec cu compostul este un ȋ nlocu itor pentru turbă în solul ghiveciului.
Protejează plantele, avand efecte positive asupra fertilității solului.
Crește valo area pH -ului solului, ajută la aerarea lui și sto chează o cantitate mare de apă
în sol.
Poate avea și efecte negative asupra plantelo r, dacă se adaugă î n sol o cantitate mu lt
prea mare, deoarece acesta pă strează nutrienții din sol, și legume le extrag mai mult decât au
nevoie, și atunci moare.
Conține toate elementele biomasei utilizată pentru obtinerea sa, în timpul pirolizei,
aceste elemente devin parte a structurii de carbon,
Rezultatele arată faptul că biocharul poate fi utilizat ca amendament pentru solurile
agricole, oferă un potențial ridicat în ceea ce privește stabilitatea producției vegetale și a
resursei de apă din sol.
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 74.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Bibliografie
[1] (Belonio Alexis , Rice husk gas stove handbook , College of Agriculture, Central
Philippine University, 2005
[2] Mukunda H., ș.a, Gasifier stoves – science, technology and field outreach ,
CURRENT SCIENCE, vol. 98, no. 5, 10 march 2010
[3] Murad Erol, Optimisation of biomass gasification load regime , Internat ional
Conference ENERGIE – MEDIU CIEM 2005, UPB, București oct. 2005
[4] Murad E., Safta V. V., Haraga G ., Biomass regenerating source of thermal energy
for drying installations , Conferința ISIRB, Hunedoara aprilie 2009
[5] Murad E., Seiculescu M., Sima C., Hara ga G ., Utilizarea potențialului energetic al
corzilor de viță , Conferința de Comunicări Stiințifice, INCVV Valea Călugărească, 10 iunie
2010
[6] Murad E., Crăciunescu A., Haraga G., Panțiru A., Instalații de uscare convectivă
cu independență energetică bazată pe biomasă și panouri fotovoltaice , Simpozion HERVEX
2010, Călimănești, 10 -12 noiembrie 2010;
[7] Murad E., Maican E., Biriș Ș.S., Vlăduț V., Heating greenhouses with TLUD biomass
energy modules , 3rd International Conference „Research People and Actual Tasks on
Multidisciplinary Sciences” 8 –10 June 2011, Lozenec, Bulgaria
[8] Murad E., Culamet A., Zamfiroiu G ., Biochar – Economically and ecologically
efficient technology for carbon fixing , Simpozion HERVEX 2011, 9 -11 noiembrie
Călimănești , ISSN 1454 -8003
[9] Murad E., Ciubucă A., Aylin C., Radu M ., Biochar -ul produs din coarde de viță
amendament ecologic pentru viticultură , Sesiunea Stiințifică a ICDVV Valea Călugărescă, 12
iunie 2012
[10] Murad E., Vintilă M., Crăciunescu A ., Uscătoare cu impact ecologic redus pentru
zone montane , Sesiunea de comunicări științifice – ICEDIMPH -HORTING, 20 septembrie
2012
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 75.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
[11] Murad E., Achim Ghe., Rusănescu C., Valorificarea energetică și ecologică a
biomasei tăierilor din livezi, Sesiunea de comunicări științifice – ICEDIMPH -HORTING, 20
septembrie 2012
[12] Porteiro, J., Patino D., s.a., Experimental analysis of the inition front propagation of
several biomass fuels in fixed -bed combustor , FUEL 89, 2010, pag. 26 -35
[13] Reed T.B., Das A., Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems , U.S
Department of Energy, Colorado, 1988
[14] Reed T.B., Walt R., Ellis S., Das A., Deutche S., Superficial velocity – the key to
downdraft gasification , 4th Biomass Conference of the Americas, Oakland, CA, 29 aug.
1999
[15] Reed T.B., Anselmo E., Kricher K , Testing and Modeling the Wood -gas Turbo Stove,
Confernce: Progress în Thermochemical Biomass Conversion, Tyrol, Austria, sept. 2000
[16] Saastamoinen J.J., Taipale R., Horttanainen M., Sarkomaa P., Propagation of the
Ignition Front in Beds of Wood Particles, COMBUSTION AND FLAME 123:214 –226
(2000), Elsevier Science Inc.
[17] Varunkunar S., Packed bed gasification -combustion in biomass domestic stove and
combustion systems, Teza de doctorat, Department of Aerospace Engineering Indian
Institute of Science, Bangalor e, India, feb. 2012
[18] *** {http://www.agir.ro }
[19] *** {http://ecoprofit.ro/decarbonizare -emisii -co2-atmosfera -fibre -carbon/ }
[20] *** {https://ro.wikipedia.or }
[21] ***{ http://celebrating200years.noaa.gov }
[22] *** {http://www.agerpres.ro }
[23] *** { http://www.adrcentru.ro }
[24] *** { http://www.geocities.ws/dmarioara/Atlas.htm }
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 76.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Masterand ă – Dima Nicoleta -Alexandr a Lucrare de disertație 77.77
Temă Dizertație : Utilizarea c onceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO2 in mediu
––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Utilizarea conceptului CHAB pentru reducerea concentrației de CO 2 din mediu Student: ing. Dima Nicoleta -Alexandra Profesor îndrumător: Ș.L. dr. i… [600281] (ID: 600281)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.