Μετατροπή της Βιομάζας

.Στα μειονεκτήματα της στερεάς Βιομάζας ως καυσίμου θερμικών σταθμών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, περιλαμβάνονται η χαμηλή πυκνότητά της που συνεπάγεται δυσκολίες στην μεταφορά και την αποθήκευσή της, η χαμηλή θερμογόνος της δύναμη και η ακαταλληλότητά της για μηχανές εσωτερικής καύσης ή αεριοστρόβιλους. Για τους λόγους αυτούς επιδιώκεται συχνά η μετατροπή της σε άλλη μορφή ή φάση. Η απλούστερη μέθοδος μετατροπής της είναι η παραγωγή συμπυκνωμάτων ή συσσωματωμάτων (πελετών ή μπρικετών) για την μείωση του όγκου της και αφαίρεση μέρους της υγρασίας της. Μια σειρά άλλες μέθοδοι αποσκοπούν στην ρευστοποίησή της, δηλαδή στην παραγωγή υγρών ή αερίων Βιοκαυσίμων μέσω χημικών ή/και βιολογικών διεργασιών. Από τις μεθόδους θερμοχημικής κατεργασίας της Βιομάζας, ιδιαίτερη σημασία για την ηλεκτροπαραγωγή έχει η πυρόλυση / αεριοποίηση, δηλαδή η σε υψηλές θερμοκρασίες θερμική αποσύνθεσή της παρουσία περιορισμένων ποσοτήτων οξειδωτικού μέσου, με αποτέλεσμα την παραγωγή ενός μίγματος υγρών, αερίων και στερεών καύσιμων προϊόντων. Μεταβάλλοντας τις συνθήκες της πυρόλυσης μπορούμε να μεταβάλλουμε τις αναλογίες τους ώστε να πάρουμε κυρίως υγρά (Βιοέλαια) ή αέρια (syngas) καύσιμα, εις βάρος της παραγωγής στερεών ανθρακούχων υπολειμμάτων. Από την κατηγορία των βιοχημικών μεθόδων επεξεργασίας, μεγαλύτερο ρόλο σήμερα παίζει η αναερόβια χώνευση, δηλαδή η αποσύνθεση οργανικής ύλης από ένα μίγμα συμβιωτικών μικροοργανισμών όπως τα βακτήρια, απουσία μοριακού οξυγόνου, για την παραγωγή αερίου καυσίμου πλούσιου σε μεθάνιο (Βιοαερίου).

    

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ

Η απλούστερη μέθοδος μετατροπής της ποώδους Βιομάζας σε πιο βολική και αποδοτικότερη καύσιμη ύλη είναι η παραγωγή πυκνών συσσωματωμάτων με την ξήρανση και τη συμπίεσή της. Οι δύο βασικοί τύποι τέτοιων συσσωματωμάτων Βιομάζας είναι οι μπρικέτες και οι πελέτες (pellets), κυλινδρικής τις περισσότερες περιπτώσεις μορφής, διαφορετικών όμως διαστάσεων και πυκνότητας. Επιπλέον, στην περίπτωση των δασικών ξυλωδών, η μηχανική επεξεργασία περιλαμβάνει και την κατάτμησή της σε μικρά κομμάτια (πλακίδια ή θρύμματα ξύλου – wood chips).

Πλίνθοι ή μπρικέτες. Παράγονται με έκθλιψη μέσω συμπίεσης, μικρών ποσοτήτων Βιομάζας, ώστε να απομακρυνθεί η υγρασία που περιέχουν και να σπάσουν οι ελαστικές της ίνες. Αν αυτό δεν γίνει σωστά, η Βιομάζα τείνει να ανακαταλάβει τον αρχικό της όγκο. Η συμπίεση γίνεται σε θερμοκρασία 80°-120°C και πίεση 180-250 kg/cm2 με κοχλιοφόρες ή υδραυλικές πρέσες. Σε αυτές από συνθήκες, οι φαινόλες που περιέχονται στην Βιομάζα συνεργούν στην συμπύκνωσή της, δρώντας ως φυσικά συγκολλητικά. Σε ορισμένες περιπτώσεις φυτών όπου δεν είναι δυνατόν να επιτευχθεί συγκόλληση με αυτόν τον τρόπο, προστίθεται κερί από εξωτερική πηγή. Οι μπρικέτες που παράγονται έτσι, έχουν παραλληλεπίπεδη ή συνηθέστερα κυλινδρική μορφή με ενδεικτικές διαστάσεις 6 εκατ. διαμ. x 8 εκατ. μήκος, δεκαπλάσια πυκνότητα από την αρχική Βιομάζα – 650 ως 750 kg/m3 έναντι 50 ως 70 kg/m3 – και διατηρούν αυτά τα χαρακτηριστικά παρά τις καταπονήσεις που υφίστανται κατά την μεταφορά, την αποθήκευση και τελικά την διαδικασία τροφοδοσίας των θαλάμων καύσης τους.

Πελέτες ή συσσωματώματα. Η παραγωγή των πελετών Βιομάζας, είναι μια διαδικασία συμπύκνωσης με διέλαση (extrusion) που έχει τελικό προϊόν μικρούς κυλίνδρους διαμέτρου < 25mm (συνήθως 6-12mm), ύψους 10-12mm και μειωμένης υγρασίας (6-8%). Οι πελέτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έχουν σαν καύσιμο για την παραγωγή ατμού από θερμικές μονάδες. Διακρίνονται τα εξής στάδια επεξεργασίας:

  • Η Βιομάζα ξηραίνεται ώστε να μειωθεί η υγρασία στο επιθυμητό ποσοστό (κάτω του 10%).
  • Στην συνέχεια εισέρχεται σε ειδικό μηχάνημα (pulverizer) που αλέθει και κονιορτοποιεί την ξηραμένη Βιομάζα σε ένα συγκεκριμένο μέγεθος σωματιδίων.
  • Ακολουθεί το στάδιο της διέλασης όπου η Βιομάζα πιέζεται ώστε να περάσει μέσα από την διάτρητη έξοδο του extruder.
  • Οι ξηροί και θερμοί σβώλοι πλέον, προωθούνται σε θάλαμο ψύξης με ρεύμα ψυχρού αέρα απ’ όπου εξέρχονται έτοιμοι για αποθήκευση ή μεταφορά.

Πλακίδια ή θρύμματα ξύλου (wood chips). Είναι μικρά κομμάτια ξύλου που κόβονται από ειδικούς “μύλους” σε μέγεθος σπιρτόκουτου. Η πρώτη ύλη είναι, είτε α) άχρηστα κομμάτια ξύλου, ακατάλληλα για άλλες χρήσεις, προερχόμενα από εργοστάσια παραγωγής ξυλείας, είτε β) δένδρα και τμήματα δένδρων που προέρχονται από υλοτομία δασών, διανοίξεις δρόμων, κλπ.

Στην πρώτη περίπτωση, τα πλακίδια παράγονται από στατικούς μύλους, συνήθως των ίδιων των βιομηχανιών ξυλείας και θωρούνται καλής ποιότητας καύσιμο. Στις περισσότερες τέτοιες εγκαταστάσεις τα chips κόβονται και ρίχνονται απ’ ευθείας πάνω στα φορτηγά μεταφοράς για άμεση παράδοση. Σπανιότερα, τα chips αποθηκεύονται σε μεταλλικά σιλό για μεταγενέστερη παράδοση ή ακόμα και σε σωρούς στο ύπαιθρο. Στην δεύτερη περίπτωση, είτε τα δένδρα μεταφέρονται με φορτηγά στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας, είτε χρησιμοποιούνται κινητοί μύλοι για επί τόπου επεξεργασία και φόρτωση μέσα στο δάσος. Όταν τα πλακίδια αυτού του τύπου προέρχονται από επιλεγμένα, προηγουμένως καθαρισμένα τμήματα δένδρων (κορμοί και μεγαλύτερα κλαδιά), είναι πιθανότερο να έχουν ομοιόμορφες διαστάσεις, ενώ σοβαρότερα προβλήματα ανομοιομορφίας παρατηρούνται όταν χρησιμοποιούνται ολόκληρα δένδρα.

Ξύλο στην μορφή των wood chips (που είναι φθηνότερα από τις πελέτες) χρησιμοποιείται σε μεγάλη έκταση από σταθμούς παραγωγής ηλεκτρισμού από Βιομάζα, είτε απευθείας, είτε ύστερα από ένα δεύτερο στάδιο μετατροπής (π.χ. κονιορτοποίηση για χρήση σε καυστήρες αιωρούμενων σωματιδίων – suspension burners). Η ομοιομορφία των πλακιδίων έχει μεγάλη σημασία, αφού κομμάτια μεγαλύτερα από ένα συγκεκριμένο μέγεθος μπορούν να μπλοκάρουν τα συστήματα αυτόματης τροφοδοσίας των εργοστασίων, με αποτέλεσμα την προσωρινή διακοπή της παραγωγής. Γι’ αυτό τον λόγο, οι εγκαταστάσεις παραγωγής wood chips (πρέπει να) περιλαμβάνουν διαδικασίες αναγνώρισης ελαττωματικών ή μη συμμορφούμενων με τις προδιαγραφές τεμαχίων, και απομάκρυνσής τους ή ανατροφοδότησης με σκοπό την επανακοπή τους.

   

ΟΔΟΙ ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ

Η μετατροπή της Βιομάζας σε Βιοκαύσιμα ακολουθεί τρεις κυρίως δρόμους που χαρακτηρίζονται τόσο από τις διαφορετικές διαδικασίες επεξεργασίας που ακολουθούνται, όσο και από το είδος του καυσίμου που παράγεται από αυτές. Η παλαιότερη κατηγορία είναι εκείνη των αγροχημικών μεθόδων με τις οποίες παράγονται κυρίως φυτικά έλαια από σπόρους και καρπούς ελαιούχων φυτών και δένδρων. Αυτά μπορούν στην συνέχεια, με χημική επεξεργασία, να μετατραπούν σε Βιοντίζελ. Η δεύτερη οδός μετατροπής είναι η θερμοχημική επεξεργασία της Βιομάζας που περιλαμβάνει κυρίως τις μεθόδους της πυρόλυσης / αεριοποίησης. Η τρίτη οδός είναι εκείνη των βιολογικών διεργασιών για την παραγωγή είτε Βιοαερίου, είτε αιθυλικής αλκοόλης (Βιοαιθανόλης):

ΒΙΟΜΑΖΑ

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣIA

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΑ ΚΑΥΣΙΜΑ

Αγροχημική

Συμπίεση, Έκθλιψη

Μετεστεροποίηση

Φυτικά Έλαια

Βιοντίζελ

Θερμοχημική

Ανθρακοποίηση

Πυρόλυση

Αεριοποίηση

Υγροποίηση

Κάρβουνο

Βιοϋδρογόνο

Βιοέλαια

Βιομεθανόλη

Syngas

Βιοχημική

Αλκοολική Ζύμωση

Αναερόβια Χώνευση

Βιοαιθανόλη

Βιοαέριο, Βιοϋδρογόνο