Ιδιότητες και πρότυπα στερεών βιοκαυσίμων

Transcript

1 Ιδιότητες και πρότυπα στερεών βιοκαυσίμων Δρ. Κυριάκος Πανόπουλος Ερευνητής Γ EKETA/ΙΔΕΠ Καρδίτσα, 12 Απριλίου, 2013 Ομιλητής: Δρ Κυριάκος Πανόπουλος (EKETA)

2 Περιεχόμενα παρουσίασης Παρουσίαση ΕΚΕΤΑ / ΙΔΕΠ Ιστορικό συνεργασίας με ΚΑΠΕ & ΕΣΕΚ Δραστηριότητες Εργαστηρίου Στερεών Καυσίμων Θερμικές Διεργασίες με χρήση βιομάζας Νομοθετικό Πλαίσιο Ευρωπαικά Πρότυπα Ιδιότητες καυσίμων Πιστοποίηση ENplus Εφαρμογή στην Ελλάδα 2

3 ΕΚΕΤΑ Σημαντικά επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα σε πολλούς παραγωγικούς τομείς όπως: ενέργεια, περιβάλλον, προηγμένα λειτουργικά υλικά, βιομηχανία, πολυμέσα, τεχνολογίες διαδικτύου, επιστήμες υγείας, ηλεκτρονικό εμπόριο, μεταφορές, αγροβιοτεχνολογία και τρόφιμα, όπως επίσης και σε θέματα εκπαίδευσης. Κατά την περίοδο , το ΕΚΕΤΑ συμμετείχε σε περισσότερα από 900 προγράμματα της Ευρωπαϊκής Ένωσης, ΓΓΕΤ, Δημόσιων Οργανισμών και επιχειρήσεων σε συνεργασία με περισσότερους από 1000 εταίρους από την Ελλάδα και το εξωτερικό. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι συνολικές ετήσιες εισροές του ΕΚΕΤΑ από ερευνητικά ανταγωνιστικά προγράμματα της Ευρωπαϊκής Ένωσης και εθνικά αλλά και από προγράμματα παροχής υπηρεσιών ανήλθαν για το 2011 σε 24,6 εκ.. Ο οικονομικός απολογισμός του ΕΚΕΤΑ για την επταετία δείχνει ότι για κάθε 1 που επιχορηγείται το ΕΚΕΤΑ από τον Τακτικό Προϋπολογισμό της ΓΓΕΤ, εξασφαλίζει 7 ως έσοδα από εξωτερικές πηγές. 3

4 ΕΚΕΤΑ ΕΘΝΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ - Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων (Ι.Δ.Ε.Π.) - Ινστιτούτο Τεχνολογιών Πληροφορικής και Επικοινωνιών (Ι.Π.ΤΗΛ.) - Ινστιτούτο Βιώσιμης Κινητικότητας και Δικτύων Μεταφορών (Ι.ΜΕΤ.) - Ινστιτούτο Εφαρμοσμένων Βιοεπιστημών (ΙΝ.Ε.Β.) - Ινστιτούτο Έρευνας και Τεχνολογίας Θεσσαλίας (Ι.Ε.ΤΕ.Θ.) ΙΔΕΠ/ ΕΚΕΤΑ Εργαζόμενοι Ερευνητές Τεχνικοί Διοικητικοί ΣΥΝΟΛΟ τρέχον έτος) Διδακτορικό ή - μεταδιδακτορικό επίπεδο Μεταπτυχιακό Επίπεδο 23 Ανώτατη εκπαίδευση Ανώτερη 2-18 Εκπαίδευση 20 Δευτεροβάθμια / 4 Πρωτοβάθμια εκπαίδευση

5 Πλαίσιο Έτος 2020 / Στόχος ΕΕ 20% αύξηση απόδοσης 20% μείωση των εκπομπών άνθρακα 10% εισαγωγή βιοκαυσίμων στις μεταφορές Έργα Έρευνας Συνεργασία με ΕΣΕΚ 5

6 Αεριοποίηση Βιομάζας (100 kw pilot / +1000h operation)

7 SEM/EDS μετά την απώλεια ρευστοποίησης Agglomerate SEM Si Gas analyses Major gases, Tars SPA, GC-MS, Sulphur Species, HCl, NH3 Assessment of biomass materials Ca Fuel Aggl. Tars Sulfur Hg, Se, As Mg Fe Comment 1 Miscanthus No defluidization up to 890 o C 2 Jatropha No high content in H 2. 3 Cardoon * * Minor It was not possible to achieve long term runs with this material. It is not recommended for gasification 4 Sunflower No The product gas has high content in tars 5 Willow - - No very good for gasification, No defluidization, low tars SEM elemental mapping cross section of an agglomerate 7

8 Στερεά Βιοκαύσιμα ΕΘΝΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Πρωτογενής θέρμανση /δευτερογενής θέρμανση Διακοσμητικά στοιχεία Πρόσφατη άρση απαγόρευσης χρήσης σε Αθήνα & Θεσσαλονίκη /

9 ΕΣΕΚ 9

10 Νομοθετικό πλαίσιο / Πεδίο εφαρμογής Καύσιμο ΕΛΟΤ EN Για νέες εγκαταστάσεις ΕΛΟΤ ΕΝ , Κλάση 3 Ευρώπη EN (ορισμοί) EN (προδιαγραφές) 10

11 Ταξινόμηση και κλάσεις ΕΝ Τα κριτήρια με τα οποία γίνεται η ταξινόμηση σε διάφορες κλάσεις των βιοκαυσίμων αναφέρονται παρακάτω συνοπτικά: Η Ταξινόμηση των βιοκαυσίμων βασίζεται στην προέλευση και την πηγή, στις κύριες εμπορεύσιμες μορφές και στις ιδιότητες. Ιεραρχικό σύστημα ταξινόμησης: i) δασική βιομάζα, ii) βιομάζα από ποώδη βλάστηση, iii) βιομάζα από δενδρώδεις καλλιέργειες, iv) συνδυασμοί και μείγματα βιομάζας. Ως βιοκαύσιμο μπορεί να χαρακτηριστεί (κάτω από ειδικές προϋποθέσεις) και αυτό το οποίο προέρχεται απο χημικώς επεξεργασμένη βιομάζα. Χημική επεξεργασία ορίζεται οποιαδήποτε επεξεργασία με χημικές ουσίες εκτός από τον αέρα ή το νερό (π.χ. κολλά, χρώμα). Οι εμπορικές μορφές των στερεών βιοκαυσίμων που απαντώνται στην αγορά για τις οποίες υφίστανται και διαθέσιμα πρότυπα πιστοποίησης είναι οι παρακάτω: ΕΝ : Ξυλώδεις πελλέτες, μη βιομηχανικής χρήσης. ΕΝ : Ξυλώδεις μπριγκέτες, μη βιομηχανικής χρήσης. ΕΝ : Θρυμματισμένο ξύλο, μη βιομηχανικής χρήσης. ΕΝ : Καυσόξυλα, μη βιομηχανικής χρήσης. ΕΝ : Μη ξυλώδεις πελλέτες, μη βιομηχανικής χρήσης (υπό ανάπτυξη). 11

12 Αλυσίδα Αξιοποίησης Βιομάζας Στο παρακάτω διάγραμμα παρουσιάζεται η διαδικασία που ακολουθείται για την πιστοποίηση ενός βιοκαυσίμου. Η διαδικασία της πιστοποίησης λαμβάνει υπόψη της την πηγή (βιομάζα), η οποία και πρέπει εν συνεχεία να τεκμηριωθεί. Ακολούθως διασφαλίζει τη μετατροπή της σε στερεό βιοκαύσιμο και την τελική της χρήση για βιοενέργεια. 12

13 Ταξινόμηση και κλάσεις ΕΝ Σχετικά με τις ιδιότητες του βιοκαυσίμου, κάποιες είναι υποχρεωτικές και άλλες πληροφοριακές όμως συνίσταται η αναφορά τους. Οι ιδιότητες οι οποίες είναι υποχρεωτικές αναφέρονται παρακάτω: Η πηγή και προέλευση Επίσης η πηγή και η εμπορική μορφή καθορίζουν τις υποχρεωτικές ιδιότητες Υγρασία (Μ) και Τέφρα (Α) για όλα τα είδη καυσίμων Παρακάτω παρατίθενται συνοπτικά κάποιες βασικές ιδιότητες των πελλέτων (πεπιεσμένη βιομάζα): Παράγονται από κονιοποιημένη βιομάζα Με ή χωρίς τη χρήση πρέσσας Συνήθως σε κυλινδρική μορφή Κυμαινόμενο μήκος (μεταξύ 5 40 mm) και σπασμένες άκρες Υγρασία συνήθως μικρότερη του 10% Η πηγή/προέλευση των πελλετών μπορεί να είναι: Ξυλώδης βιομάζα Ποώδης βιομάζα Φρουτώδης βιομάζα Συνδυασμοί και μείγματα 13

14 Πελλέτες Υποχρεωτικές Ιδιότητες Μια από τις υποχρεωτικές ιδιότητες των βιοκαυσίμων είναι και οι διαστάσεις. Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται οι διαστάσεις (μήκος και διάμετρος) που πρέπει να έχουν οι πελλέτες στις κατηγορίες D06, D08, D10, D12 και D25. Κατηγορία Διάμετρος Μήκος D06 6 ± 1.0 mm 3.15 L 40 mm (95% κ.β) D08 8 ± 1.0 mm 3.15 L 40 mm (95% κ.β) D10 10 ± 1.0 mm 3.15 L 40 mm (95% κ.β) D12 12 ± 1.0 mm 3.15 L 50 mm (95% κ.β) D25 25 ± 1.0 mm 10 L 50 mm (95% κ.β) Στον επόμενο πίνακα παρουσιάζονται οι κατηγορίες για την χύδην πυκνότητα Χύδην πυκνότητα (kg/m 3 ), BD BD550 BD600 BD650 D700 BD700 + (δήλωση της πραγματ. τιμής) 14

15 Πελλέτες Υποχρεωτικές Ιδιότητες Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως η Υγρασία και η Τέφρα είναι δύο απο υποχρεωτικές ιδιότητες του βιοκαυσίμου που πρέπει να αναφέρονται. Παρακάτω παρατίθενται οι κατηγοριοποιήσεις της υγρασίας και τέφρας. Κατηγορία υγρασίας Μ10 Μ15 Περιεκτικότητα 10% κ.β, ως έχει 15% κ.β, ως έχει Κατηγορία Τέφρας (Α) Περιεχόμενη τέφρα στο βιοκαύσιμο Α % κ.β. επί ξηρού Α % κ.β. επί ξηρού Α % κ.β. επί ξηρού Α % κ.β. επί ξηρού Α % κ.β. επί ξηρού Α % κ.β. επί ξηρού Α % κ.β. επί ξηρού >10.0% κ.β. επί ξηρού, Α10.0+ Δήλωση της πραγματικής τιμής 15

16 Πελλέτες Υποχρεωτικές Ιδιότητες Εξίσου σημαντική ιδιότητα η οποία πρέπει να γνωστοποιείται είναι ο τύπος και περιεκτικότητα προσθέτων κατά τη συμπίεση, π.χ για την αποτροπή επικαθίσεων. Τα πρόσθετα υλικά πρέπει να είναι μικρότερα του 20% κ.β. της περιεκτικότητας των πελλετών, αλλιώς αυτά χαρακτηρίζονται ως μείγμα. Στους δύο παρακάτω πίνακες παρουσιάζονται οι ταξινομήσεις για τη μηχανική αντοχή και το μέγεθος των πελλετών αντιστοίχως. Κατηγορίες ταξινόμησης μηχανικής αντοχής πελλετών DU97.5 DU96.5 DU95.0 DU95.0- Μέγιστη αντοχή ανά κατηγορία 97.5% των πελλετών 96.5% των πελλετών 95.0% των πελλετών <97.5% των πελλετών, να δίνεταιη πραγματική τιμή Αρκετά σημαντικό είναι να γνώση του αν το βιοκαύσιμο μας περιέχει λεπτόκοκκα σωματίδια. Γι αυτό το λόγο στον επόμενο πίνακα φαίνονται οι κατηγορίες των λεπτόκοκκων σωματιδίων. Αυτή η κατηγοριοποίηση αφορά σωματίδια μικρότερα των 3.15 mm. Kατηγορίες λεπτόκοκκων σωματιδίων (F) F % κ.β F % κ.β F % κ.β F % κ.β F % κ.β, η πραγματική τιμή πρέπει να αναφέρεται 16

17 Υποχρεωτικές Ιδιότητες Η Κατώτερη Θερμογόνος Ικανότητα (ΚΘΙ) είναι επίσης μα ιδιότητα η οποία πρέπει να είναι γνωστή για την ταξινόμηση των βιοκαυσίμων. Η εύρεση της γίνεται εργαστηριακά με τη βοήθεια ενός θερμιδόμετρου. Ο υπολογισμός γίνεται βασιζόμενος στην κλάση υγρασίας και στην κατώτερη θερμογόνο ικανότητα επί ξηρού σε σταθερή πίεση. Η παρακάτω εξίσωση υπολογίζει την ΚΘΙ του βιοκαυσίμου ως έχει. q p,net,ar = q p,net,d x( 100 M aa ) x x M 100 ar όπου: q p,net,ar : κατώτερη θερμογόνος ικανότητα ως έχει (MJ/kg) q p,net,d : κατώτερη θερμογόνος ικανότητα επί ξηρού (MJ/kg) M ar : συνολική υγρασία (% κ.β.) : συντελεστής διόρθωσης για την ενθαλπία ατμοποίησης του νερού 17

18 Υποχρεωτικές /πληροφοριακές ιδιότητες για τις πελλέτες Θείο (S) Άζωτο (Ν) Χλώριο (Cl) S % κ.β. επί ξηρού Ν % κ.β. επί ξηρού Cl % κ.β. επί ξηρού S % κ.β. επί ξηρού Ν % κ.β. επί ξηρού Cl % κ.β. επί ξηρού S % κ.β. επί ξηρού Ν % κ.β. επί ξηρού Cl % κ.β. επί ξηρού S % κ.β. επί ξηρού Ν % κ.β. επί ξηρού Cl % κ.β. επί ξηρού S % κ.β. επί ξηρού Ν % κ.β. επί ξηρού Cl0.1+ <0.3% κ.β. επί ξηρού, δήλωση πραγμ. τιμής S0.20+ <0.02% κ.β. επί ξηρού, δήλωση πραγμ. τιμής Ν3.0+ <0.3% κ.β. επί ξηρού, δήλωση πραγμ. τιμής 18

19 Παράδειγμα δήλωσης προϊόντος 19

20 Σφραγίδες πιστοποίησης ΕΝ Η πιστοποίηση των πελλετών, έτσι ώστε να χαρακτηριστούν ικανές για την κυκλοφορία τους στην αγορά, εκδίδεται από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Πελλετών (European Biomass Association AEBIOM). Το σύστημα πιστοποίησης περιλαμβάνει τα ακόλουθα βασικά σημεία: Απαιτήσεις για την παραγωγή πελλετών ξύλου και τη διασφάλιση ποιότητας Απαιτήσεις για τις ιδιότητες του προϊόντος (ΕΝ ) Απαιτήσεις για τη χρήση ετικετών ταυτοποίησης, εφοδιαστικής αλυσίδας και ενδιάμεσης αποθήκευσης Απαιτήσεις για την παράδοση στους τελικούς χρήστες Επίσης, θέτει διαδικασίες για τον εσωτερικό έλεγχο ποιότητας που διασφαλίζουν τη διατήρηση των απαιτήσεων του προϊόντος. Οι διαδικασίες έχουν αναπτυχθεί σύμφωνα με τα ISO 9001 και ΕΝ Η ανεξαρτησία του συστήματος πιστοποίησης διασφαλίζεται από διακριβωμένους οργανισμούς πιστοποίησης σύμφωνα με το ΕΝ Οι ιδιότητες των πελλετών πρέπει γενικά να πληρούν τις προϋποθέσεις ΕΝ , οι αναλυτικές τεχνικές του οποίου χρησιμοποιούνται στις εξωτερικές επιθεωρήσεις. Διαφοροποιήσεις: Υποχρεωτική δήλωση της θερμοκρασίας μαλάκυνσης της τέφρας Δεν επιτρέπεται η χρήση χημικώς επεξεργασμένης βιομάζας και άλλοι περιορισμοί στις πρώτες ύλες ανάλογα με την κλάση του ΕΝplus. Χρήση πρόσθετων σε μέγιστο 2% κ.β του προϊόντος Απαιτήσεις για την παράδοση στους τελικούς χρήστες. 20

21 Κατηγορίες & Χαρακτηριστικά Ποιότητας Pellet ξύλου σύμφωνα με το πρότυπο ΕΝ Παράμετρος Ποιότητας Μονάδες Κατηγορία ENPlus-A1 Κατηγορία ENPlus-A2 Κατηγορία EN-B Διάμετρος mm 6 or 8 +/- 1 6 or 8 +/- 1 6 or 8 +/- 1 Μήκος mm Πυκνότητα (χύδην) Θερμαντική αξία kg/m3 >600 >600 >600 MJ/kg Υγρασία % <10 <10 <10 Ανθεκτικότητα % >97.5 >97,5 >97.5 Τέφρα % <0.7 <1.5 <3 Σημείο Τήξεως Τέφρας C >1200 >1100 >1100 Υλικό Προέλευσης (πρώτη ύλη) Παρθένα ξυλεία Μη χημικά επεξεργασμένα υπολείμματα ξύλου Ολόκληρα δέντρα χωρίς ριζικό σύστημα Παρθένα ξυλεία Υπολείμματα κλαδεμάτων Μη χημικά επεξεργασμένα υπολείμματα ξύλου Δασικές και λοιπές καλλιέργειες & παρθένα ξυλεία Μη χημικά επεξεργασμένα υπολείμματα ξύλου & χρησιμοποιημένα ξύλα 21

22 ΕΝ ΕΘΝΙΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΕΡΕΥΝΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ 22

23 Θέματα τυποποίησης Καθορισμός απαιτούμενων μετρήσεων Υποβοήθηση της αγοράς Αύξηση στο κόστος παραγωγής Αύξηση της ποιότητας των βιοκαυσίμων Επιβίωση των καλύτερων vs Αγνόηση Οδηγιών vs Κλείσιμο Όλων 23