Metode de Conversie A Biomasei in Energie [PDF]

Zitiervorschau

Metode de conversie a biomasei î n energie

1.Noţiuni introductive Biomasa este o masă de materie organică de origine biologică. Deci, biomasa reprezintă componenta organică a naturii. Aceasta cuprinde toate formele de material vegetal şi animal, crescute pe suprafaţa terestră, în apă sau pe apă, precum şi substanţele produse prin dezvoltarea biologică. Termenul de biomasă se aplică masei de substanţă generată de dezvoltarea organismelor vii, fie ele microorganisme, plante sau animale. Termenul include, de asemenea, produsele agricole, deşeurile rezultate din agricultură sau de la prelucrarea recoltei agricole, inclusiv paiele de cereale, resturile de la producerea zahărului, amidonului, etc. Biomasa reprezintă o formă de stocare a energiei solare în energia chimică a moleculelor de substanţe organice, fiind una din cele mai populare și răspândite resurse de pe Pământ. Ea asigură nu doar hrană, ci și energie, materiale de construcție, hârtie, țesături, medicamente și susbstanțe chimice. Biomasa a fost utilizată în scopuri energetice încă din momentul descoperirii focului de către om, pentru ca în prezent să fie fi utilizată de la încălzirea încăperilor până la producerea energiei electrice și a carburanților pentru automobile. Biomasa este considerată una din principalele forme de energie regenerabilă. Statisticile actuale indică faptul că, țările în curs de dezvoltare își acoperă circa 38% din nevoile proprii de energie din biomasă, iar în multe dintre aceste țări, arderea lemnului de foc reprezintă până la 90% din consumul total de energie. De asemenea, unele țări dezvoltate își asigură în prezent, din biomasă, o cotă importantă din consumurile proprii de energie, cum ar fi cca. 18% în Finlanda, cca. 14% în Suedia, cca. 10% în Austria, etc.

2. Procese de conversie a biomasei în energie Acestea se împart în trei catergorii: I. II. III.

Procese fizico-chimice Procese bio-chimice Procese termo-chimice

2.1 Procese fizico-chimice

1

2.1.2 Esterificarea Esterificarea reprezintă procesul de conversie a grăsimilor în prezenţa alcoolului într-un combustibil derivat similar motorinei (biodiesel) şi glicerină. 2.1.2.1 Parametrii de proces: Temperatură Presiune Timp Agent de proces Produși de reacție Efect util Randament

70 – 120 ˚C >= 1 atm de ordinul minutelor alcool biodiesel și glicerină combustibil derivat 0,7

2.1.2.2 Avantaje ale procesului de esterificare I. II.

Proces simplu, rapid, stabil, fără emisii poluante; Se produce din uleiuri ale culturilor energetice sau reziduale un înlocuitor al motorinei. 2.1.2.3 Dezavantaje ale procesului de esterificare

I. II.

Suprafeţele agricole sunt afectate de creşterea plantelor oleaginoase; Biodieselul nu poate fi utilizat singur în transporturi datorită proprietăţilor sale diferite de cele ale motorinei clasice. 2.2 Procese bio-chimice 2.2.1 Digestia anaerobă

Digestia anaerobă reprezintă procesul de descompunere a substanţelor organice ăn prezenţa microorganismelor şi absenţa oxigenului în gaze şi reziduuri solide neutre din punct de vedere organic. 2.2.1.1 Parametrii de proces Temperatură Presiune Timp Agent de proces Produși de reacție Efect util Randament

30 – 60 ˚C >= presiune atmosferică saptămmâni-luni-ani microorganisme biogaz şi digestant combustibil derivat 0,5 - 0,6

2

Fig 2.1 Groapă de gunoi cu producere de biogaz

2.2.1.2 Avantajele digestiei anaerobe I. II. III. IV.

Procesul de digestie anaerobă este stabil; Transformă un combustibil solid în unul gazos (măreşte aria de utilizare a acestuia); Investiţie minimă; Nu sunt poluante în cazul utilizării metan-tankurilor. 2.2.1.3 Dezavantajele digestiei anaerobe

Figura 2.2 Producţia de biogaz a unei gropi de gunoi în funcţie de timp şi de cantitatea de deşeuri

3

I. II. III. IV.

Biogazul este produs într-un interval de timp relativ scurt în comparaţie cu durata de depozitare a deşeurilor; Proces foarte poluant pe termen lung; Consum mare de teren; Poluare necontrolată aer, pânză freatică. 2.2.2 Fermentaţia

Fermentaţia microorganismelor.

reprezintă

procesul

de

conversie

a

glucidelor

în

alcool

în

prezenţa

Figura 2.3 Producţia de etanol la nivel global în anul 2017 2.2.2.1 Parametrii de proces Temperatură Presiune Timp Agent de proces Produși de reacție Efect util Randament

20 – 50 ˚C presiune atmosferică saptămmâni microorganisme alcool şi reziduu solid inert combustibil derivat 0,6 - 0,8

4

2.2.2.2 Avantajele procesului de fermentaţie Rată de coversie foarte bună a biomasei în combustibil derivat; Nu produce emisii poluante; Proces lent, uşor de controlat; Investiţie minimă.

I. II. III. IV.

2.2.2.3 Dezavantajele procesului de fermentaţie Necesită anumite tipuri de biomasă; Densitatea de culturi energetice poate afecta piaţa de alimente.

I. II.

2.3 Procese termo-chimice

2.3.1 Procesul de combustie

Procesul de combustie reprezintă oxidarea completă în prezența aerului/oxigenului a unui combustibil cu eliberarea conținutului său de energie sub formă de căldură (proces exoterm). 2.3.1.1 Parametrii de proces Temperatură Presiune Timp Agent de proces Produși de reacție Randament

750 – 1050 (900) ˚C