Βιομάζα Εισαγωγή
Η διαδικασία παραγωγής ενέργειας χρησιμοποιώντας αεριοποίηση χρησιμοποιείται για περισσότερα απο 180 χρόνια. Την εποχή εκείνη τα πρός αεριοποίηση υλικά ήταν άνθρακας και τύρφη. Εξελίχθηκαν στην αρχή για την παραγωγή αερίου (φωταερίου) για φωτισμό και μαγείρεμα.Για τη χρήση αυτή το φωταέριο αντικαταστάθηκε από φυσικό αέριο ή ηλεκτρική ενέργεια. Χρησιμοποιήθηκε επίσης σε καυστήρες μεταλλουργίας αλλά η κύρια χρήση του από το 1920 είναι στην παραγωγή συνθετικών καυσίμων.
Κατά τη διάρκεια των δύο παγκοσμίων πολέμωνμ ειδικότερα όμως του Δεύτερου, η ανάγκη για καύσιμα παραγόμενα με αεριοποίηση επανεμφανίστηκε λόγω των ελλείψεων σε πετρέλαιο. Η παραγωγή αερίου από ξύλο, καλούμενη Gasogene ή Gazogène και γνωστή στην Ελλάδα με την ονομασία Γκαζοζέν χρησιμοποιήθηκε κατα κόρον για την κίνηση οχημάτων στην Ευρώπη. Ως το 1945, φορτηγά, λεωφορεία και αγροτικά μηχανήματα έπειρναν ενέργεια από αεριοποιητές. Υπολογίζεται οτι υπήρχαν περίπου 9.000.000 που χρησιμοποιούσαν syngas (αέριο σύνθεσης – το παράγωγο της αεριοποίησης) στον κόσμο.
Η Αεριοποίηση είναι μια διαδικασία που μετατρέπει οργανικής ή ορυκτής προέλευσης ανθρακικά υλικά σε Μονοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό επιτυγχάνεται με την αντίδραση του υλικού με ελεγχόμενη ποσότητα οξυγόνου ή ατμού σε υψηλές θερμοκρασίες (άνω των 700°C) χωρίς ανάφλεξη. Το απαργόμενο αέριο αποκαλείται αέριο σύνθεσης (syngas) και είναι καύσιμο. Αν το πρωτογενές υλικό από το οποίο παρήχθη το αέριο είναι βιομάζα, τότε η ενέργεια που απαράγεται από την καύση του αερίου θεωρείται οτι προέρχεται από ανανεώσιμη πηγή.
Το πλεονέκτημα της αεριοποίησης είναι οτι η χρήση του syngas είναι ενεργειακά πιό αποδοτική από την καύση του πρωτογενούς υλικού γιατί μπορεί να καεί σε υψηλότερη θερμοκρασία ή σε κυψέλες καυσίμου, οπότε το θερμοδυναμικό άνω όριο που ορίζεται απο το θεώρημα Carnot είναι υψηλότερο ή μη εφαρμόσιμο. Το syngas μπορείνα καεί απευθείας σε μηχανές εσωτερικήςε καύσεως, να χρησιμοποιηθεί στην χρήση μεθανόλης ή υδρογόνου ή να μετατραπεί σε συνθετικο υγρό καύσιμο με την μέθοδο Fischer–Tropsch.
Η αεριοποίηση μπορεί να εφαρμοσθεί και σε υλικά τα οποία σε άλλη περίπτωση θα πετιόνταν όπως το βιοαποδομήσιμο κλάσμα των αστικών απορριμματων. Επιπρόσθετα, η υψηλή θερμοκρασία της διαδικασίας εξευγενίζει όπως χλώριο και κάλιο, παράγοντας καθαρό αέριο από προβληματικά υλικά. Η αεριοποίηση ορυκτών καυσίμων χρησιμοποιείται σήμερα ευρύτατα στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Το syngas μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή θερμικής ενέργειας και για την δημιουργία μηχανικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Όπως άλλα αέρια καύσιμα δίνει μεγαλύτερο έλεγχο σε επίπεδο ισχύος συγκρινόμενο με στερεά καύσιμα, οδηγώντας σε πιό αποτελεσματική και καθαρότερη λειτουργία, εκτός του ότι μπορεί νε υποστεί περαιτέρω επαξεργασία γα την παραγωγή υγρών καυσίμων ή χημικών.
Θερμότητα
Οι αεριοποιητές είναι μια ευέλικτη λύση για θερμικές εφαρμογές, καθώς μπορούν να προσαρμοσθούν εκ των υστέρων σε υπάρχουσες θερμικές εγκαταστάσεις, όπως φούρνους, κλιβάνους, λέβητες κλπ. όπου το syngas μπορεί να αντικαταστήσει τα ορυκτά καύσιμα. Η θερμιδική αξία του syngas είναι συνήθως γύρω στα 4-10 MJ/m3. Επιπρόσθετα, θερμική ενέργεια μπορεί να ανκτηθεί απευθείας από τον αεριοποιητή στο σημείο εξόδου του αερίου ή από τα συστήματα CHP των γεννητριών αν το syngas χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Ηλεκτρική ενέργεια
Η αεριοποίηση βιομηχανικής κλίμακας χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα όπως ο άνθρακας ή από βιομάζα, όπου το syngas καίγεται σε αεριοστρόβιλο ή κινητήρα εσωτερικής καύσεως. Η αεριοποίηση επίσης χρησιμοποιείται βιομηχανικά για την απαργωγή αμμωνίας και υγρών καυσίμων χρησιμοποιώντας Ολοκληρωμένους Συνδυασμένους Κύκλους Αεριοποίησης (IGCC) με δυνατότητα παραγωγής μεθανίου και υδρογόνου για παραγωγή κυψελών καυσίμου. Το IGCC είναι επίσης μια πιό αποδοτική μέθοδος σύλληψης CO2 σε σχέση με τις συμβατικές τεχνολογίες. Πιλοτικές εφαρμογές IGCC είναι σε λειτουργία από το 1970 και κάποιες έχουν μπεί σε διαδικασία κανονικής παραγωγής.
Συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας
Σε μικρές επιχειρήσεις και εφαρμογές σε κτίρια, σε περιοχές όπου υπάρχει επαρκής προμήθεια πρώτης ύλης (βιομάζα) στην Ευρώπη έχουν εγκατασταθεί μονάδες αεριοποίησης από 250-1000 kWe καθώς και νέες μονάδες αεριοποίησης βιομάζας μηδενικού άνθρακα, που παράγουν syngas χωρίς πίσσα απο βιομάζα και το καίνε σε μηχανές συνδεδεμένες με γεννήτρια και σύστημα απαγωγής της θερμότητας. Αυτές οι εγκαταστέσεις ονομάζονται μονάδες συμπαραγωγής βιομάζας αλλά είναι μονάδες με επτά διακριτές λειτουργίες: επεξεργασία βιομάζας, εισαγωγή καυσίμου, αεριοποίηση, καθαρισμό καυσίμου, διαχείριση καταλοίπων, παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και ανάκτηση θερμικής ενέργειας.
Θεωρητικά, η αεριοποίηση είναι εφαρμόσιμη σε όλα τα οργανικά υλικά περιλαμβάνοντας την βιομάζα και πλαστικά απορριμματα. Εναλλακτικά, άν το syngas είναι αρκετά καθαρό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ΜΕΚ, τουρμπίνες ή κυψέλες καυσίμου για την παραγωγή ενέργειας ή να μετατραπεί αποτελεσματικά σε διμεθυλαιθέρα (DME) μέσω αφύγρανης μεθανόλης, σε μεθάνιο μέσω της αντίδρασης Sabatier, ή σε συνθετικό καύσιμο παρόμοιο με diesel μέσω της μεθόδου Fischer-Tropsch.
Ασχετα με την τελική μορφή του καυσίμου, αυτή καθ’ εαυτή η αεριοποίηση ούτε εκπέμπει ούτε κατακρατά αέρια του θερμοκηπίου όπως διοξείδιο του άνθρακα.
Η αεριοποίηση ή καύση βιομάζας θα μπορούσε να παίξει ενα σημαντικό ρόλο σε μια οικονομία ανανεώσιμης ενέργειας γιατί η παραγωγή της αρχικής βιομάζας καταναλώνει τόσο CO2 από την ατμόσφαιρα, όσο απελευθερώνει η καύση του αερίου που παράγεται από αυτήν, έχουμε λοιπόν ενέργεια με μηδενικό ισοζύγιο άνθρακα, όπως και στην περίπτωση παραγωγής βιοαερίου ή βιοντίζελ. Όμως, η αεριοποίσηση μπορεί να εκμεταλλευθεί μεγαλύτερη γκάμα υλικών όπως πλαστικά κλπ και να παράξει μεγαλύτερη γκάμα τελικών καυσίμων.
