صفحه اصلیانرژي زيست توده

انرژي زيست توده

انرژي زيست توده چيست؟

فناپذیری سوخت های فسیلی، تنوع‌بخشی به منابع انرژی، توسعه پایدار ایجاد امنیت انرژی، مشکلات زیست محیطی ناشی از مصارف انرژی فسیلی از یک طرف و تجدید‌پذیر بودن منابع انرژی های نو نظیر خورشید، باد، زیست توده و ... از طرف دیگر باعث توجه جدی جهانیان به توسعه و گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و افزایش سهم این منابع در سبد انرژی جهانی شده است. امروزه ما شاهد افزایش چشمگیر فعالیت ها و بودجه دولت ها و شرکت‌ها در امر تحقیق، توسعه و عرضه سیستم های انرژی های تجدیدپذیر هستیم و این فعالیت ها همراه با صرف بودجه‌های کلان در این زمینه در نهایت موجب کاهش قیمت تمام شده انرژی های تجدید‌پذیر و رقابت‌پذیری این تکنولوژی با سیستم های انرژی سنتی موجود می‌گردد.
 
زیست توده یکی از منابع عمده در میان انواع منابع انرژیهای نو، می‌باشد. تعاریف متعدد و گوناگونی از این منابع شده است .تعریف اتحادیه اروپا از زیست توده که در راهنمای2001/77/EC  به تاریخ 27سپتامبر 2001 میلادی عنوان شده، عبارت است از: "زیست توده عبارت است از اجزا قابل تجزیه زیستی از محصولات، پسماندها و زائدات کشاورزی (شامل مواد گیاهی و دامی)، جنگلها و صنایع وابسته و همچنین زائدات صنعتی و شهری قابل تجزیه". بر اساس تعریف علمی ارائه شده برای زیست توده در این آیین نامه، زیست توده به سوختهائی اطلاق می‌گردد که از جرم توده فیتوپلانکتونها و جرم توده زئوپلانکتونها ساخته می‌شوند.

امروزه مشخص شده است که سوخت های زیستی به دست آمده از پسماندهای جنگل ها و محصول های کشاورزی جهان می تواند سالانه به اندازه ۷۰ میلیارد تن نفت خام انرژی در دسترس بشر قرار دهد که این میزان ۱۰ برابر مصرف سالانه انرژی در جهان است.همچنین می توان از این سوخت ها بیشتر در تولید گرما بهره برد زیرا می توانند باعث صرفه جویی اقتصادی چشمگیری  شوند.

 چرخه زيست توده در طبيعت:

بخشی از تشعشع خورشید که به اتمسفر زمین می رسد، بواسطه فرآیند فتوسنتز در گیاهان جذب و ذخیره می‌شود. ماکزیمم راندمان تبدیل انرژی خورشیدی در این فرآیند بین 5 تا 6 درصد است. گیاهان بعنوان منابع ذخیره کربن هستند و CO2  را از هوا جذب کرده و بصورت کربن ذخیره می نمایند. وقتی گیاهی توسط جانوری خورده می شود، بخشی از کربن موجود در گیاه خورده شده به انرژی تبدیل می شود و بخشی دیگر در بافت های زنده ذخیره می گردد. بخش سوم نیز با فضولات حیوانی دفع می گردد. در صورتی که چوب یا گیاهان سوزانده شوند، علاوه بر انرژی، بخش اعظمی از کربن ذخیره شده بصورت CO2  آزاد می شود و بخشی نیز در خاکستر باقی می ماند.

 تقسيم بندي انواع منابع زيست توده:

 

 انواع دور ريزها و پسماندهاي جامد:

 پسماند های جامد : شامل مواد زائد جامدی هستند که از مراکز تجاری، اداری، خانگی و برخی صنایع حاصل میشود. این مواد یک منبع مناسب برای تولید انرژی می باشند. فرآیندهای تبدیل و تولید مواد و انرژی از زباله در دنیا توسعه یافته و پروژه های زیادی در زمینه تولید انرژی (برق – حرارت) از زباله در دنیا مورد بهره برداری قرار گرفته اند.

 

  • مواد زائد شهری : به مواد ناشی از فعالیتهای که در محیط سکونت انسان تولید شده و بصورت جامد دور ریختنی تلقی میشود.
  • مواد زائد صنعتی : مواد ناشی از فعالیتهای صنعتی.
  • مواد زائد خطرناک : مواد زائدی که برای انسانها یا جانوران یا گیاهان خطر آفرین باشد.

 فاضلاب هاي شهري:

سالانه میلیونها تن لجن در فرآیند تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه های شهرها و صنایع مختلف تولید می گردد که دارای پتانسیل مناسبی برای تولید انرژی می باشد. در حالیکه دفع و دفن این لجن ها از معضلات اساسی تصفیه خانه ها بوده و هزینه های گزافی در این زمینه صرف میگردد. با بهره گیری از فناوریهای مناسب میتوان ضمن حل معضل این پسماندهای آلی به تولید انرژی پاک اقدام نمود.
 
زائدات كشاورزي و جنگلي:

چوب یا همان سوخت های چوبی اصطلاحی است، شامل انواع سوختهای حاصل از جنگل کاری، ضایعات حاصل از بهره برداری منابع جنگلی، ضایعات حاصل از صنایع تبدیلی چوب، صنایع چوب و کاغذ و تأسیسات پردازشی مجاور مناطق جنگلی که میتواند به عنوان یک ماده اولیه جهت احداث نیروگاه برای تأمین انرژی همان صنایع یا صنایع دیگر مورد استفاده قرار گیرد. زائدات کشاورزی نیز مواد سرشار از انرژی بوده که ارزش غذایی برای انسان ندارند. سالانه میزان زیادی از زائدات کشاورزی نظیر کاه و کلش غلات، شاخه و برگ انواع گیاهان و محصولات باغی در مراحل مختلف کشاورزی تولید می گردد که می تواند در فرایند تولید انرژی مورد استفاده قرار بگیرد.

 فضولات حيواني:

فضولات حاصل از دام و طیور سرشار از مواد آلی بوده و در فرآیند تولید انرژی می تواند بعنوان یک ماده اولیه مناسب در نیروگاه های زیست توده مورد استفاده قرار گیرند.

 ضرورت و مزاياي استفاده از انرژي زيست توده در كشور :

 
  • رفع مشکلات زیست محیطی حاصل از رهاسازی منابع زیست توده در طبیعت(آلودگی آب، خاک، هوا و بو و ...)
  • کاهش انتشار گازهای گلخانه ای بویژه متان در جو- بیش از 50% متان منتشره از این منابع میباشد.
  • امکان تولید انرژی در محل مصرف(کاهش تلفات شبکه)
  • امکان تحویل انرژی پاک به شکل جامد، مایع و گاز
  • امکان تحویل انرژی به فرم برق، حرارت و سوخت خودروها و یا خوراک واحدهای پتروشیمی
  • ایجاد ارزش افزوده و اشتغال مولد قابل توجه
  • تولید سالانه 25 میلیون تن زباله شهری و صنعتی، بیش از 5 میلیارد مترمکعب فاضلاب های شهری و صنعتی، بیش از 400میلیون تن زائدات و ضایعات کشاورزی- جنگلی و دامی
  • کمک به ارتقای بهداشت عمومی
  • تولید انرژی با قابلیت دسترسی بالا

استفاده از زیست توده بعنوان یک منبع انرژی نه تنها بدلایل اقتصادی بلکه به دلیل توسعه اقتصادی و زیست محیطی نیز جذاب است و از طرفی آنرا عامل تسریع در رسیدن به توسعه پایدار می دانند. سیستم‌هایی که زیست توده را به انرژی قابل مصرف تبدیل می‌کنند، می‌توانند در ظرفیت‌های کوچک به صورت ماژول و ظرفیت های متوسط و بالا بکار روند. صنایع کشاورزی و جنگلداری از ذخایر اصلی زیست توده هستند که فرصت‌های اساسی را برای توسعه اقتصادی مناطق روستایی و دورافتاده فراهم می‌کند. میزان نشر مواد آلاینده ناشی از احتراق زیست توده، معمولاً کمتر از سوخت‌های فسیلی است. بعلاوه استفاده و بهره برداری تجاری از زیست توده می‌تواند مشکلات مربوط به انهدام ضایعات و زباله در سایر صنایع از جمله جنگلداری و تولیدات چوب، فرآوری مواد غذایی و بخصوص ضایعات جامد شهری در مراکز شهری را حذف و یا کاهش دهد.

 

فناوری ها و سیستمهای استحصال انرژی از زیست توده : 

امروزه برای منابع مختلف زیست­توده و کاربردهای گوناگون آن، تکنولوژی­های زیادی توسعه یافته و یا در حال توسعه می­باشند. تکنولوژی های مختلف زیست توده در مراحل مختلف توسعه و معرفی به بازار قرار دارند و طیف وسیعی از توسعه آزمایشگاهی و نمونه سازی تا کاملاٌ تجاری شده را در بر می گیرند. در جدول زیر وضعیت فعلی و آتی برخی از تکنولوژی ها نمایش داده شده است.
 

 

 فن آوري هاي ترمو شيميايي :

 

این فن آوریها با گرما دادن به زائدات زیستی در حضور یا عدم حضور عوامل کمکی، انرژی تولید می کنند. انرژی تولید شده می تواند به صورت انرژی گرمایی یا انرژی ثانویه باشد که از فرآورده های انرژی زا بدست می آید مانند سوختهای جامد، مایع و گاز که می توانند به انرژی جنبشی یا الکتریسیته تبدیل شوند. عوامل کمکی در این فن آوریها می تواند بخار، هوا، اکسیژن، هیدروژن و مواد جامد باشند. مهمترین فن آوری های گرما- شیمیایی عبارتند از :

 

 
  • احتراق مستقیم  Direct Combustion  شامل : کاربری خانگی و صنعتی
  • آتشکافت   Pyrolysis  - آتشکافت با روش معمولی و آتشکافت با بخار
  • گازی کردن    Gasification- گازی سازی ساده در دمای معمولی و گازی سازی پلاسما در دمای بالا   

 

احتراق مستقيم:

در این فناوری، منابع جامد زیست توده نظیر زائدات جنگلی- کشاورزی، زائدات صنایع غذائی و زباله های شهری مستقیماٌ در بویلرهای خاصی سوزانده شده و از حرارت حاصل برای تولید برق، حرارت و یا برق و حرارت استفاده می شود. مهمترین تکنولوژی تولید برق در این گروه زباله سوزها و چوب سوزها می باشند.

 زباله سوزها:

زباله سوزی فرآیندی است که توسط آن زباله ها در مجاورت حرارت مشتعل شده و موادی مثل خاکستر و گازهای دودکشی را به عنوان محصولات احتراق تولید می کند . طی این فرایند بیشتر فلزات و ترکیبات فلزی موجود در زباله بدون تغییر باقی مانده و از خاکستر حاصل قابل استخراج می باشند. مهم ترین مزایای روش زباله سوزی کاهش زیاد در حجم و وزن زباله ها بدون نیاز به مدت زمان  طولانی و یا مساحت زیاد عملیات، از بین رفتن اکثر زائدات خطرناک و به تبع کاهش اثرات مخرب زیست محیطی، امکان بازیافت انرژی به صورت برق و یا حرارت از گرمای آزاد شده در حین فرآیند احتراق زباله ها و همچنین امکان بازیافت فلزات – اعم از فلزات آهنی و غیر آهنی- از محصولات احتراق می باشد. تکنولوژی های مختلف زباله سوزی نیاز به پیش فرآوری های کمابیش یکسانی دارند. در مرحله اول می باید مواد خطرناک، اجسام بزرگ و مواد غیر قابل سوختن حجیم از جریان ورودی جدا شوند. احجام حجیم قابل سوختن باید ابتدا خرد شده و به جریان پسماند وارد شوند.  مواد قابل بازیافت می تواند طی فرآیند جداسازی از پسماند جدا شود.  سپس جریانهای متفاوت پسماند جهت حصول ورودی یکنواخت به لحاظ فیزیکی، شیمیایی و ارزش حرارتی با یکدیگر مخلوط می شوند. این یکنواختی به عملکرد زباله سوز و تاسیسات ثانویه تولید انرژی و کنترل آلودگی کمک می کند. خرد سازی پسماند ممکن است مورد نیاز باشد. کوره های دوار و سیستم های سوخت انداز  نیازی به خرد سازی کل پسماند ندارد اما در زباله سوزی به روش بستر شناور لازم است که پسماند ورودی خرد و مخلوط شود. همین طور ارزش حرارتی و ترکیب پسماند ممکن است انجام برخی فرآوری را قبل از ورود به سیستم های سوخت انداز یا کوره دوار اجباری کند. حداقل ارزش حراراتی مناسب برای تولید انرژی از پسماند به روش زباله سوزی 6000 کیلوژول بر کیلوگرم تخمین زده شده است. 

 انواع زباله سوز ها شامل توده سوز، مدولار و RDF می باشند .
 

 امروزه ظرفیت جهانی زباله سوزی به منظور انهدام زباله و در کنار آن تولید انرژی و بازیافت فلزات (از زباله های جامد شهری) حدود 130 میلیون تن در سال است که در حدود 600 نیروگاه بزرگ زباله سوز انجام می شود. سوزاندن مواد زاید جامد شهری یک فرآیند مهار شده است که در آن مواد زاید جامد سوخته و به خاکستر مبدل شده و باقیمانده به گازهای بی خطر و یا کم خطر تبدیل میگردند. در این روش حجم زباله ها تا 90 درصد کاهش پیدا میکند. زباله سوزی یکی از روشهای دفع مواد زاید جامد شهری است. این روش در شهرهایی که با مشکل کمبود زمین مواجه هستند کاربرد دارد. علاوه بر کاهش حجم، از این دستگاهها نیز می توان برای کاهش و یا رفع ویژگی سمی مواد استفاده نمود.

به طورکلی میتوان مواد زیر را در انواع مختلف زباله سوزها سوزاند:

  • زباله های شهری
  • مواد شیمیایی آلی
  • مواد پرتوشناسی
  • مواد بیولوژیکی
  • مواد آتش گرفتنی
  • مواد منفجرشدنی
  • لجن حاصل از تصفیه خانه های فاضلاب

 

 زباله‌سوزی مزایای متعددی دارند که برخی از آنها عبارتند از:

  • کاهش حجم نیروگاه
  • کاهش حجم زباله
  • کاهش سریع حجم زباله
  • دفع زباله‌های خطرناک
  • کاهش هزینه‌ها
  • از بین رفتن خطر آلودگی آبهای سطحی
  • از میان رفتن بو
  • کاهش میزان گازهای گلخانه‌ای
  • کاهش میزان آلاینده‌های هوا
  • از بین رفتن زیستگاه جانوران موذي

 

 فناوري آتشكافت ( پيروليز ) :

آتشکافت فرآیندی است که در آن مواد آلی بوسیله گرما در غیاب اکسیژن تخریب می‌شوند و بخار آب، گازهای جدید، مواد فرار، قطران و ذغال بوجود می‌آید، از اینرو به این فرآیند، تقطیر تخریبی نیز می‌گویند.

 واکنش آتشکافت برای زیست توده در دمای 300 تا 375 درجه سلسیوس آغاز می‌شوند. ذغال، مایعات آلی، گاز و آب با نسبت های متفاوتی از این فرآیند بدست می‌آیند و نسبت و مقدار آنها بستگی به دمای عملیاتی، نرخ گرمادهی، زمان ماند، نوع مواد خام و درصد رطوبت آنها دارد. در دماهای بالا و زمان ماند طولانی، گاز بیشتری پدید می‌آید در حالی که ذغال و مایعات بیشتر، در دمای پایینتر و زمان ماند کوتاه تولید می‌گردند. 

 

 مواد جامد پدید آمده در این فرآیند ذغال (از نوع کربن فعال) و خاکستر می باشد. مایعات بدست آمده، مواد آلی با وزن مولی سبکتر از ماده خام اولیه را شامل می شود . از جمله این ترکیبات می‌توان اسیدها، الکلها، آلدئیدها، ستن‌ها، استرها، ترکیبات فنلی را نام برد. در گاز بوجود آمده نیز ترکیبات زیر بیشتر به چشم می‌خورند: منوکسید کربن، هیدروژن، دی‌اکسید کربن، متان، اتان، اتیلن، بخار آب و دیگر هیدروکربنها به مقدار ناچیز. رآکتورهای گوناگونی برای فرآیند آتشکافت ساخته شده‌اند که انواع زیر را می‌توان نام برد:

 

  • راکتورهای بستر ثابت( fixed bed reactors)
  • راکتورهای بستر متحرک( moving bed reactors)
  • راکتورهای بستر معلق(suspended bed reactors)
  • راکتورهای بستر سیال( fluidized bed reactors)
  • راکتور ایستا با بستر ساکن ( stationary vertical shift)
  • کوره دوار شیبدار( Inclined Rotating Klin)
  • کوره افقی( Horizontal Klin)  

 

گازي كردن :

اساس این فرآیند مشابه فرآیند آتشکافت است اما اولویت به تولید گاز داده شده و عمل گرمادهی تا تخریب و تجزیه حداکثر مواد خام ادامه می یابد. در این فرآیند یک ماده اضافی به نام عامل گازساز نیز وارد راکتور می شود. عامل گازی ساز باعث سوختن بیشتر یا شناورسازی مواد اولیه ورودی می باشد این عامل میتواند اکسیژن، هوا، بخار، هیدورژن، متان یا هلیم باشد.

 

 فناوري هاي بيو شيميايي :

در این فن آوری ها، تولید کننده انرژی، فرآورده هایی هستند که بوسیله عمل سوخت و ساز موجودات زنده پدید آمده و به خاطر داشتن ارزش گرمایی بالا به عنوان سوخت به کار میروند. گاز متان و الکل اتیلیک (اتانول) از مهمترین فرآورده های اینچنینی می باشند.گاز متان بوسیله فرآیند هضم بیهوازی و اتانول بوسیله فرآیند تخمیز الکلی تولید می شود.

 هضم بيهوازي:

فرآیند تجزیه منابع زیست توده توسط باکتریها در عدم حضور هوا بوده و در آن متان و محصولات جنبی با ارزش حرارتی متوسط(بیوگاز) تولید می شود. بارزترین نمونه این فرآیند در لندفیل هاست. اخیراٌ نیز هاضم های مخزنی بشدت مورد توجه قرار گرفته اند. عمل هضم بیهوازی در محدوده دمایی نسبتاً وسیع 60-10  سلسیوس صورت می گیرد. مناسبترین درجه حرارت برای تولید بیوگاز از نظر فنی و اقتصادی حدود 37 درجه سلسیوس می باشد.

 

 

 

منبع : سايت سازمان انرژي هاي نو ايران

بازگشت به بالا