Αεριοποίηση Βιομάζας
Ενα από τα κύρια προβλήματα που έχει να αντιμετωπίσει ο αγροτικός κόσμος σήμερα είναι η παραγωγή απορριμάτων από την γεωργική παραγωγική διαδικασία. Ενα δεύτερο είναι η υψηλές ανάγκες σε ενέργεια που καθιστούν πολλές, εντατικής μορφής, γεωργικές εκμεταλλεύσεις ασύμφορες και οικονομικά ατελέσφορες. Παράλληλα, δημιουργείται μια σειρά προβλημάτων όπως ρύπανση, μόλυση του υδροφόρου ορίζοντα, κοινωνικά προβλήματα όπως εξάρσεις ασθενειών, που ποσοτικοποιούμενα δημιουργούν μια ασφυκτική οικονομική πραγματικότητα που καλείται να πληρώσει ο αγρότης είτε άμεσα, σαν εμπλεκόμενος στην δημιουργία του προβλήματος, είτε έμμεσα σαν μέρος ενός κοινωνικού συνόλου που καλείται να αντιμετωπίσει τις παράπλευρες συνέπειες του προβλήματος.
Το πρόβλημα επιδεινώνεται σημαντικά από τα κόστη τα σχετιζόμενα με την υψηλή κατανάλωση ενέργειας που απαιτείται από την παραγωγική διαδικασία αυτή καθ' εαυτή αλλά και από τις διρθωτικές δράσεις που απαιτεί η εγγενής παθογένεια της καλλιεργητικής διαδικασίας, όπως απορρύπανση, θεραπεία κλπ.
Η προτεινόμενη τεχνολογία αεριοποίησης στοχεύει στην βιώσιμη και αειφόρα θερμική αξιοποίηση της βιομάζας προς παραγωγή πράσινης ενέργειας από βιομάζα και άρα περιλαμβάνει στα πρός αεριοποίηση υλικά το σύνολο των γεωργικών φυτικών απορριμάτων, και με την κατάλληλη προεπεξεργασία και ορισμένων ζωϊκών (σανά, υπολείμματα από συγκομιδή γεωργικών προϊόντων κλπ).
Η διαδικασία της αεριοποίησης παραγει αρχικά δύο προϊόντα, συνθετικό αέριο (syngas) και θερμική ενέργεια. Και τα δύο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορες χρήσεις, όπως παραγωγή ατμού, ζεστού νερού, θέρμανσης και ψύξης, παραγωγή κυψελών υδρογόνου, ξήρανση, διοχέτευση σε θερμοκήπια για την δημιουργία ιδανικών συνθηκών μικροκλίματος, παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος κλπ. Η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια διατίθεται στο ηλεκτρικό δίκτυο. Η μονάδα συμβάλει στην ολοκληρωμένη περιβαλλοντική διαχείριση των αγροτικών υπολειμμάτων ενώ παράλληλα παράγει πράσινη ενέργεια από βιομάζα (ΑΠΕ) και συμβάλει στην μείωση των αερίων του θερμοκηπίου.
Είναι εξαιρετικά σημαντικό το γεγονός οτι η αεριοποίηση διαχειρίζεται αποτελεσματικά ένα πρόβλημα, χωρίς παράλληλα να παράγει απόβλητα ή απορρίματα. Ανακτά συνεπώς την ενέργεια που περιέχει το φορτίο απορρίματος της γεωργικής ή κτηνοτροφικής δραστηριότητας χωρίς να δημιουργεί από μόνη της κάποιο ρυπογόνο προϊόν, αέριο, υγρό ή στερεό.
Τα ξηραμένα απόβλητα εισάγονται στον αεριοποιητή ρευστοποιημένης κλίνης που είναι κατάλληλος για βιομάζα και μπορεί να δέχεται ποσότητες τόνους βιομάζας ανά ώρα ανάλογες με την δυναμικότητά του. Ενδεικτικά σε αεριοποιητή δυναμικότητος 1mw εισάγονται ετησίως 8000 τόνοι βιομάζας με κατωτέρα θερμογόνο δύναμη 4500 Kcal/Kg. Ο αεριοποιητής θα λειτουργεί σε θερμοκρασίες 800 -900°C , με μειωμένη ποσότητα αέρα.
Η αεριοποίηση της βιομάζας είναι μια νέα φυσικοχημική μέθοδος, ειδικά για την επεξεργασία των αποριιμάτων και αποβλήτων της γεωργικής παραγωγής.
Η αεριοποίηση της βιομάζας είναι μια ενδόθερμη θερμική διεργασία κατά την οποία η στερεή βιομάζα μετατρέπεται σε καύσιμο αέριο. Το παραγόμενο αυτό αέριο αποτελεί μίγμα πολλών καύσιμων (και μη) αερίων: μονοξείδιο και διοξείδιο του άνθρακα (CO, CO2), υδρογόνο (H2), μεθάνιο (CH4), υδρατμοί (H2O), ίχνη υδρογονανθράκων (π.χ. C2H6, C2H4) και άζωτο (N2, σε περίπτωση που για την διεργασία χρησιμοποιείται αέρας και όχι καθαρό οξυγόνο). Πέραν των παραπάνω ενώσεων στο αέριο προϊόν εμφανίζονται και διάφοροι ρυπαντές κυριότεροι εκ των οποίων είναι τα σωματίδια πίσσας, τέφρα, αμμωνία, οξέα και σύνθετοι υδρογονάνθρακες.
Το καύσιμο προϊόν της διεργασίας αεριοποίησης ονομάζεται αέριο σύνθεσης (syngas). Σε περίπτωση που η διεργασία γίνει με τη χρήση αέρα (η πιο οικονομική και συνήθης επιλογή), το αέριο σύνθεσης έχει καθαρή θερμογόνο δύναμη περίπου 4,6 MJ/ m3 (περίπου το 1/7 εκείνης του φυσικού αερίου). Όταν χρησιμοποιείται καθαρό οξυγόνο αντί για αέρας, η θερμογόνος δύναμη του αερίου μπορεί ακόμα και να τριπλασιασθεί. Και στις δυο περιπτώσεις, πάντως, η θερμογόνος δύναμη κάνει το αέριο σύνθεσης κατάλληλο για την παραγωγή θερμότητας ή ηλεκτρισμού, με κατάλληλη χρήση του σε καυστήρες και αεριοστρόβιλους. Από χημικής πλευράς, η διεργασία της αεριοποίησης της βιομάζας είναι αρκετά σύνθετη και περιλαμβάνει, κατά σειρά, τα ακόλουθα επιμέρους στάδια: αποσύνθεση της οργανικής βιομάζας σε μη συμπυκνώσιμο αέριο, υδρατμούς και πίσσα, θερμική διάσπαση των ατμών σε αέριο σύνθεσης και πίσσα, αεριοποίηση της πίσσας και μερική οξείδωση του αερίου σύνθεσης, των ατμών και της πίσσας. Η απαιτούμενη θερμότητα για την αεριοποίηση της βιομάζας παρέχεται από την καύση μέρους του παραγομένου αερίου ή από άλλη εξωτερική πηγή.
Καθοριστικό ρόλο στη διεργασία αεριοποίησης έχει και το είδος της φυτικής βιομάζας. Οι ιδιότητες της μπορεί να διαφέρουν σημαντικά αναλόγως την προέλευση της βιομάζας, με άμεση συνέπεια στην τεχνολογία της διεργασίας και την βιωσιμότητα της μονάδας. Οι παράμετροι της βιομάζας που εξετάζονται περισσότερο είναι η υγρασία του υλικού, η περιεκτικότητα της σε τέφρα, η στοιχειακή της ανάλυση, η θερμογόνος δύναμή της, η πυκνότητα και η κοκκομετρία της. Αναφορικά με το είδος και τον σχεδιασμό του αντιδραστήρα αεριοποίησης, οι παραλλαγές και η κατηγοριοποίηση τους, ύστερα από πολλές δεκαετίες έρευνας στην τεχνολογία αεριοποίησης είναι πολλές. Έτσι, οι αντιδραστήρες αυτοί διακρίνονται ανάλογα με το μέσο αεριοποίησης (αέρας, οξυγόνο ή ατμός), τον τρόπο παροχής της απαιτούμενης θερμότητας (αυτοθερμικοί ή αλλοθερμικοί αεριοποιητές), την πίεση λειτουργίας (ατμοσφαιρικοί ή υπό πίεση αντιδραστήρες) και τον σχεδιασμό τους (σταθερής ή ρευστοποιημένης κλίνης). Η αεριοποίηση της βιομάζας σε αεριοποιητή ρευστοποιημένης κλίνης έχει δώσει πολύ καλά αποτελέσματα.
Η μέθοδος λειτουργίας του βασίζεται στο συνδυασμό ενός ρευστοποιημένου (fluidised) και ενός κινούμενου συστήματος (moving system). Η διάταξη του αεριοποιητή (gasifier) περιλαμβάνει διάφορες ζώνες αντίδρασης. Στο κατώτατο τμήμα υπάρχει μια ρευστοποιημένη κλίνη, που διατηρεί την απαραίτητη καύση (εξώθερμη αντίδραση) η οποία εξασφαλίζει τη διατήρηση της θερμικής ισορροπίας μέσα σε ολόκληρο τον αντιδραστήρα. Στο ανώτερο τμήμα του εξαερωτή υπάρχει μια κινούμενη κλίνη, στην οποία δεν πραγματοποιείται καύση αλλά μια σειρά ενδόθερμων αεριοποιήσεων. Η μέθοδος βασίζεται στο γεγονός ότι το αέριο που φθάνει στο ανώτερο τμήμα του εξαερωτή περιέχει χαμηλή συγκέντρωση οξυγόνου και έχει υψηλή θερμοκρασία 800-850ºC. Το αποτέλεσμα είναι ότι η διαδικασία αεριοποίησης μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο στο ανώτερο τμήμα του εξαερωτή. Οι μεταβλητές λειτουργίας είναι η θερμοκρασία, η αναλογία αέρα/νερού που επηρεάζει τη σύνθεση του παραγόμενου αερίου και τη θερμαντική ισχύ.
Η τυπική σύνθεση του παραγόμενου αερίου είναι: 7% - 10% H2, 2,5% - 6% CH4, 6% - 18% CO, 0,06% - 1,6% C2H4 και 64% -84% CO2, N2, H2O. Ο όγκος του παραγόμενου αερίου ετησίως θα είναι 16.000.000 κυβ. μέτρα με κατωτέρα θερμογόνο δύναμη 1500 kcal/ κυβ. μέτρο. Το συνθετικό αυτό αέριο οδηγείται διαδοχικά σε κυκλώνα και πλυντήριο αερίων με ενεργό άνθρακα και οδηγείται στην μηχανή εσωτερικής καύσης(ΜΕΚ).
