ΑΠΘ, Τµ. Μηχανολόγων Μηχ., ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΠΟΡΩΝ - Σηµειώσεις, Γ. Τσιλιγκιρίδης

Transcript

1 ΑΝΘΡΑΚΑΣ Άνθρακας (κάρβουνο) είναι το όνοµα µιας ποικιλίας στερεών οργανικών καυσίµων. Η προέλευση του είναι από φυτά που συσσωρεύτηκαν σε βάλτους και έγιναν µια υγρή µάζα φυτικών συντριµµάτων (τύρφη). Με την συµπίεση και θέρµανση της τύρφης πάνω από 300 εκατ. χρόνια πριν, δηµιουργήθηκε ο λιγνίτης. Καταποντίσεις σε θάλασσα και συσσωρεύσεις στρωµάτων επί στρωµάτων είχαν σαν αποτέλεσµα το βαθύ θάψιµο του λιγνίτη πράγµα που ανέβασε τη θερµοκρασία και απέβαλε την υγρασία του κοιτάσµατος και έτσι ο λιγνίτης έγινε πισσούχος άνθρακας (bituminous coal). Σε µερικές περιπτώσεις τα στρώµατα του άνθρακα υποβλήθηκαν σε υψηλές πιέσεις που είχαν αποτέλεσµα τη δηµιουργία ανθρακίτη. Έτσι, ανάλογα µε τη θερµογόνο δύναµή του και τις πτητικές ουσίες (κύρια υγρασία) που αποδίδει διακρίνουµε τέσσερις κατηγορίες άνθρακα: Κατηγορία άνθρακα Θερµογόνος δύναµη kcal/kg Πτητικές Ουσίες α. Λιθάνθρακας (ανθρακίτης) % β. Γαιάνθρακας % γ. Λιγνίτης % δ. Τύρφη Τα κύρια συστατικά του κάρβουνου είναι τα στοιχεία άνθρακας και υδρογόνο µε µικρές ποσότητες πρόσθετων θείου, οξυγόνου και αζώτου. Χρησιµοποιείται είτε ως έχει είτε µετά από άλεση του σαν καύσιµο για παραγωγή θερµότητας, ηλεκτρικής ενέργειας (σχ.ανθ.1), σαν αναγωγικό µέσο στη µεταλλουργία καθώς και για την παραγωγή κωκ. O άνθρακας χρησιµοποιούταν ήδη από τους Κινέζους από την εποχή του Μάρκο Πόλο. Σαν βασική πηγή ενέργειας η χρήση του κάρβουνου ξεκίνησε στην Αγγλία τον 12ο αιώνα, όταν ανακαλύφθηκε σαν καύσιµο. Ήδη στα τέλη του 13ου αιώνα ο καπνός από την καύση του κάρβουνου ήταν µια πηγή ρύπανσης για το Λονδίνο. Το κάρβουνο αυτό χρησιµοποιούταν σαν οικιακό καύσιµο, στην ασβεστοποιϊα, στα σιδηρουργεία και σε άλλες µεταλλουργικές εργασίες. Το κάρβουνο ήταν από πολλές πλευρές το καύσιµο της βιοµηχανικής επανάστασης. Χρησιµοποιήθηκε στη µεταλλουργία, υαλουργία, σαν καύσιµο των ατµοµηχανών κτλ. ΑΝΘ-1

2 Η παραγωγή του από 150*10 6 Μt/an το 1860 έφθασε τα 1.100*10 6 Μt/an το 1910 µε ένα ετήσιο ποσοστό αύξησης 4.4%. Από το 1910 έως το 1940 ο ετήσιος ρυθµός αύξησης ήταν σχετικά µικρός 0.75% Μετά το 1940 ο ρυθµός αύξησης της παγκόσµιας παραγωγής κάρβουνου αυξήθηκε πάλι στο 3.6% (βλ.σχ.ανθ.2 και σχ.ανθ.3). ΑΠΟΘΕΜΑΤΑ Τα διαθέσιµα αποθέµατα άνθρακα κατά την 10ετία του '70, υπολογίζονταν από 8 εως 16*10 12 tn. Στον Πίνακα ΑΝΘ-1 φαίνονται τα παγκόσµια αποθέµατα άνθρακα που είναι τα βεβαιωµένα 76*10 12 tn ( Βtu) και τα εκτιµηµένα 16*10 12 tn (399* Βtu), δηλ. περίπου φορές και φορές αντίστοιχα της παγκόσµιας κατανάλωσης ενέργειας που ήταν 7*10 9 tn ( Βtu) το χρόνο. Όµως µε τις σηµερινές τεχνικές και κάτω από τις τρέχουσες οικονοµικές συνθήκες µόνο ένα µέρος των παγκόσµιων αποθεµάτων άνθρακα είναι απολήψιµα. Όλα τα ορυκτά καύσιµα για να σχηµατιστούν απαιτήθηκαν εκατοµµύρια χρόνια. Με τους ρυθµούς που τα καταναλώνουµε δεν µπορούν να αναπληρωθούν. Έτσι τα ορυκτά καύσιµα είναι µια εξαντλήσιµη πηγή ενέργειας. Στο σχ.ανθ.4 φαίνεται η καµπύλη διάρκειας ζωής, για την παραγωγή άνθρακα στον κόσµο για δύο εκτιµήσεις των συνολικών αποθεµάτων άνθρακα. Στην περίπτωση της απαισιόδοξης εκτίµησης η κορυφή της παραγωγής συµβαίνει το 2110, ενώ για την αισιόδοξη εκτίµηση η κορυφή της παραγωγής συµβαίνει το Έτσι ο άνθρακας θα παραµείνει µια σηµαντική πηγή ενέργειας που θα εφοδιάζει την τρέχουσα παραγωγή αρκετούς αιώνες ακόµη. Σήµερα το πρόβληµα του άνθρακα δεν είναι τόσο πρόβληµα διαθεσιµότητάς του, όσο ζήτηµα προστασίας του περιβάλλοντος, ασφάλειας στην εξόρυξη και οικονοµικών παραµέτρων. ΕΞΟΡΥΞΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ Η εξόρυξη του άνθρακα γίνεται είτε µε υπόγειες είτε µε επιφανειακές µεθόδους. Στην υπόγεια εξόρυξη ένα σηµαντικό ποσό άνθρακα παράγεται ακόµη µε συµβατικό τρόπο σε µια διαδικασία ξεχωριστών σταδίων (άνοιγµα τρύπας, τοποθέτηση εκρηκτικού, έκρηξη, φόρτωµα κλπ). που έχει χαµηλότερη παραγωγικότητα απ' ότι οι µέθοδοι που χρησιµοποιούν µηχανικά µέσα. Σ' αυτές τις µεθόδους χρησιµοποιείται ένα µηχάνηµα για την απόσταση του κάρβουνου από το µέτωπο της φλέβας σε µια ενιαία διαδικασία. Οι µέθοδοι αυτές έχουν µεγαλύτερη παραγωγικότητα αλλά δηµιουργούν σηµαντικά ποσά σκόνης και σωµατιδίων άνθρακα που αντιπροσωπεύουν ένα µεγάλο κίνδυνο για την υγεία των εργατών. Επίσης επειδή η µηχανή εξόρυξης δεν είναι επιλεκτική, συνήθως το κάρβουνο έχει περισσότερες ακαθαρσίες (πέτρες, χώµατα). Για την βελτίωση της υπόγειας εξόρυξης κατά σειρά προτεραιότητας απαιτούνται νέες τεχνολογίες α. για την αύξηση του ποσοστού παραγωγής για ένα συγκεκριµένο ορυχείο ή του όγκου της εκµεταλλευόµενης φλέβας. β. για να κάνουν ικανή την οικονοµική εξόρυξη των φλεβών άνθρακα γ. για την οικονοµική εξόρυξη σε µεγαλύτερα βάθη Πρόοδοι στα παραπάνω θα επιφέρουν ένα µεγαλύτερο βαθµό χρησιµοποίησης του ολικού αποθέµατος άνθρακα. Όπου οι φλέβες άνθρακα βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια κάτω από σχετικά επίπεδο έδαφος, έχουµε επιφανειακή εξόρυξη. Μια περιοχή καθαρίζεται από τα υπερκείµενα και κατόπιν µεταφέρεται ο άνθρακας. Τα υπερκείµενα από µια επόµενη περιοχή µετακινούνται στην περιοχή που προηγούµενα έχει εξορυχθεί. Όπου οι φλέβες άνθρακα ξεπροβάλλουν από πλευρές λόφων ή απόκρυµνων πλαγιών, η επιφανειακή εξόρυξη γίνεται κατά µήκος του στρώµατος του άνθρακα µε την αποµάκρυνση του υπερκείµενου εδάφους και την συσσώρευση του κατά µήκος της εξωτερικής πλευράς του χώρου εργασίας ή την κατακρύµνησή του στην πλαγιά του λόφου. Το εξορυγµένο κάρβουνο µεταφέρεται και γίνεται µία δεύτερη αποµάκρυνση των υπερκείµενων για την αποκάλυψη περισσότερου κάρβουνου. Τελικά, όταν τα υπερκείµενα γίνονται πολύ παχιά ώστε να µην είναι η εξόρυξη οικονοµική, αυτή συνεχίζεται µε άλλες µεθόδους, π.χ. χρήση τρυπανιών ΑΝΘ-2

3 µεγάλης διαµέτρου που ανοίγουν οριζόντιες τρύπες αρκετά βαθιές στη φλέβα του άνθρακα και εξορύσσουν πρόσθετο άνθρακα. Η εξόρυξη επιφάνειας έχει αυξηθεί κατά τις τελευταίες δύο 10ετίες, πρωταρχικά σαν αποτέλεσµα της εισαγωγής γιγαντιαίων σκαπτικών και µεταφορικών µηχανηµάτων. Αν και οι µέθοδοι επιφανειακής εξόρυξης είναι λιγότερο επιβλαβείς για τους εργάτες, απ' ότι οι µέθοδοι υπόγειας εξόρυξης, έχουν σαν αποτέλεσµα καταστροφές του περιβάλλοντος όπως διάβρωση, σχηµατισµό χειµάρρων και ελάττωση των επίγειων και υπόγειων νερών. Αυτή η καταστροφή του περιβάλλοντος συγκεντρώνει το έντονο δηµόσιο ενδιαφέρον. Το είδος της περιβαλλοντολογικής καταστροφής της επιφανειακής εξόρυξης εξαρτάται σηµαντικά από το κλίµα και το έδαφος της περιοχής εξορυξης. Μια µέθοδος - block-cut system - µπορεί να ελαττώσει την περιοχή που καταστρέφεται και να βελτιώσει τη δυνατότητα για επανόρθωση της. Αυτό γίνεται µε ξαναχρησιµοποίηση των αποµακρυσµένων υπερκείµενων στις περιοχές όπου έγινε ήδη η εξόρυξη για γέµισµα των περιοχών αυτών. Η πιο συνηθισµένη µέθοδος µεταφοράς άνθρακα είναι µε σιδηροδρόµους. Μια αποδοτική µέθοδος µεταφοράς άνθρακα από το ορυχείο στον σταθµό παραγωγής ισχύος είναι η χρήση σωληναγωγών. Υπάρχουν αρκετά είδη σωληναγωγών που µεταφέρουν κονιορτοποιηµένο άνθρακα αναµιγµένο µε νερό σε αποστάσεις από 10 έως 300 µίλια. Ο άνθρακας και το νερό αναµιγνύονται σε ίσα ποσά κατά βάρος. Στο τέρµα τα σωµατίδια του άνθρακα ξεχωρίζονται φυγοκεντρικά από τον πολτό, σχηµατίζοντας ένα κονιορτοποιηµένο καύσιµο που είναι ιδανικό για µεγάλους λέβητες. Ένας περιοριστικός παράγοντας στη χρήση µεγάλων συστηµάτων σωληναγωγών είναι η ανάγκη τεράστιων ποσών νερού για τον πολτό. Η οικονοµία των σωληναγωγών εξαρτάται από την ποσότητα του µεταφερόµενου άνθρακα ανά έτος και από την απόσταση µεταφοράς. Επίσης η ενέργεια που καταναλώνεται για τη µεταφορά του άνθρακα είναι σηµαντικά λιγότερη για τους σωληναγωγούς, σε σύγκριση µε τη σιδηροδροµική µεταφορά. Για τη µεταφορά όµως σχετικά µικρών ποσοτήτων άνθρακα από µικρά ορυχεία, οι σιδηρόδροµοι και οι φορτηγίδες παραµένουν τα οικονοµικότερα και αποδοτικότερα µέσα. Στην περίπτωση βέβαια που η χρήση του άνθρακα γίνεται επί τόπου (συνδυασµός ορυχείου και σταθµού ηλεκτροπαραγωγής) για τη µεταφορά του χρησιµοποιούνται και ταινιόδροµοι. ΟΙ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ ΚΑΙ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Η εξόρυξη άνθρακα από υπόγεια ορυχεία αποφεύγει σε µεγάλο βαθµό την καταστροφή του τοπίου που συνεπάγεται η επιφανειακή εξόρυξη, γι' αυτό πολλοί συνιστούν την µείωση των ορυχείων επιφανείας και την αύξηση της έντασης στα υπόγεια ορυχεία. υστυχώς όµως η υπόγεια εξόρυξη συνοδεύεται από αυξηµένο ποσοστό βλαβών στην υγεία των εργατών. Και κάτω ακόµη από τις καλύτερες συνθήκες προστασίας, το υπόγειο ορυχείο αντιπροσωπεύει ένα πολύ εχθρικό και βλαβερό περιβάλλον για τους ανθρακορύχους. Έτσι το ποσοστό ατυχηµάτων και δυστυχηµάτων είναι έως 5 φορές ψηλότερο απ' ότι στα ορυχεία επιφανείας. Περίπου 40% οφείλεται στις καταρρεύσεις των οροφών στις στοές. Ατυχήµατα µπορούν να συµβούν επίσης λόγω εκρήξεων ή πυρκαγιών ή κατά τη µεταφορά του κάρβουνου. Ένα µεγάλο πρόβληµα είναι η προσβολή της υγείας των ανθρακωρύχων που είναι εκτεθειµένοι στη σκόνη. Έτσι οι αναπνευστικές αρρώστειες είναι πολύ αυξηµένες. Για την αντιµετώπιση των προβληµάτων αυτών απαιτούνται µέτρα πρόληψης και καταστολής των κινδύνων όπως: βελτιωµένες συνθήκες εξαερισµού, περιορισµό και αποµάκρυνση της σκόνης, έλεγχο των εύφλεκτων αερίων και προστασία από τις εκρήξεις ή τις πυρκαγιές, παροχή και χρήση προστατευτικών µασκών για τη σκόνη. Η εξόρυξη του άνθρακα έχει αρνητικές επιπτώσεις και στο περιβάλλον - αέρα, νερό, έδαφος. Η εκποµπή οξειδίων του θείου και τέφρας στους σταθµούς παραγωγής ενέργειας καθώς και η είσοδος στην ατµόσφαιρα µεθανίου και σκόνης από τα υπόγεια ορυχεία συντελούν στην ρύπανση του αέρα. Η αποθείωση των καυσαερίων γίνεται µε µε ασβέστη ή ασβεστοπολτό. Η µέθοδος αυτή όµως έχει προβλήµατα αξιοπιστίας καθώς και κόστους επένδυσης και λειτουργίας. Η συγκράτηση της τέφρας γίνεται µε φίλτρα. ΑΝΘ-3

4 Επίδραση στα νερά έχουµε είτε µε τη ρύπανση τους από το αποβαλλόµενο θείο είτε µε τη µείωση του απαιτούµενου νερού για τις αγροτικές καλλιέργειες, λόγω χρήσης του στη διαδικασία εκµετάλλευσης του άνθρακα. Οι καθιζήσεις, η διάβρωση του εδάφους, η δηµιουργία λάκκων, οι "χωµατερές" διάφορων απορριµµάτων είναι µερικά από τα προβλήµατα που δηµιουργεί στο έδαφος η αξιοποίηση του άνθρακα. Ο αποτελεσµατικός έλεγχος για τον περιορισµό των δυσµενών αυτών επιδράσεων στο περιβάλλον απαιτεί και θεωρητικές λύσεις στα προβλήµατα αυτά, αλλά και γενναία οικονοµική αντιµετώπιση. ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ Τη 10ετία του 20 από τον άνθρακα παραγόταν αέριο για φωτισµό και µαγείρεµα. Σήµερα επανήλθε το ενδιαφέρον για την αεριοποίηση του άνθρακα λόγω της προσπάθειας για εκµετάλλευσή του σε µεγαλύτερο ποσοστό καθώς και την εκµετάλλευση και των πιο δύστροπων κοιτασµάτων. Η επιδιωκόµενη αντίδραση (σχ.ανθ.5) είναι η: Άνθρακας + Νερό Μεθάνιο + ιοξείδιο του Άνθρακα και γίνεται µε διάφορους τρόπους είτε στην επιφάνεια του εδάφους (σχ.ανθ.6) είτε υπόγεια (σχ.ανθ.7, σχ.ανθ.8). Η υπόγεια αεριοποίηση έχει τεχνολογία ηλικίας ενός αιώνα. Γνώρισε αυξηση αµέσως µετά τον 2ο Παγκόσµιο Πόλεµο, όταν ήταν ανταγωνιστική η τεχνολογία αυτή σε σχέση µε άλλες πηγές ενέργειας όχι όµως και µε το πετρέλαιο. Το µέσο οξείδωσης ήταν αέρας. Σήµερα είναι και οξυγόνο. Η αεριοποίηση in situ (επί τόπου) είναι κατάλληλη για βαθιά κοιτάσµατα και απαιτείται βελτίωση της σχετικής τεχνολογίας. Ένα από τα βασικά προβλήµατα είναι η κατάλληλη επικοινωνία µεταξύ των πηγαδιών εισόδου του οξειδωτικού µέσου και εξόδου των χρήσιµων αερίων. ΛΙΓΝΙΤΗΣ Ο λιγνίτης, όπως αναφέραµε, είναι άνθρακας νεαρής ηλικίας και κατά συνέπεια κατώτερης ποιότητας µε σχετικά χαµηλή θερµογόνο δύναµη και υψηλό ποσοστό πτητικών ουσιών. Εκµεταλλεύεται σε υπαίθρια ορυχεία. Με βάση τη γεωλογική (γεωτρήσεις, διάφορες έµµεσες µετρήσεις) και την εδαφοτεχνική έρευνα (συνεκτικότητα εδάφους, υποχωρητικότητα, σταθερότητα βαθµίδων κλπ.) γίνεται σχεδιασµός τόσο των νέων υπαίθριων ορυχείων όσο και η επέκταση αυτών που ήδη λειτουργούν. Η τεχνική που θα εφαρµοστεί για την εξόρυξη θα βγει από τις παραµέτρους του κοιτάσµατος και την προγραµµατισµένη παραγωγή. Στην αποµάκρυνση των υπερκείµενων και στη µεταφορά του λιγνίτη χρησιµοποιούνται είτε σιδηρόδροµοι είτε ταινιόδροµοι. Οι τελευταίοι επιτρέπουν µεγαλύτερη αξιοποίηση του εξοπλισµού εξόρυξης και παρουσιάζουν καλύτερους δείκτες παραγωγικότητας και κόστους. Η σχεδίαση ενός υπαίθριου ορυχείου πρέπει να περιλαµβάνει και µέτρα για την επαναφορά στην καλλιέργεια της περιοχής του ορυχείου και την απαραίτητη διαµόρφωση του τοπίου µετά την εκµετάλλευση. Η Γερµανία είναι ο µεγαλύτερος παραγωγός λιγνίτης στον κόσµο. Για την χώρα µας ο λιγνίτης είναι ο σηµαντικότερος ενεργειακός πόρος και σχεδόν το 78% του ηλεκτρισµού παράγεται απ' αυτόν. Ο λιγνίτης χρησιµοποιείται στο µεγαλύτερο µέρος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης σαν στερεό καύσιµο στη βιοµηχανία, για την παραγωγή αερίου ή υγρού συνθετικού καύσιµου, σαν πρώτη ύλη στη χηµική βιοµηχανία, σαν αναγωγικό στη Μεταλλουργία, σαν ειδικό λίπασµα στη γεωργία. Οι βασικές µέθοδοι στις οποίες στηρίζονται οι τεχνολογίες για την ανάπτυξη των παραπάνω χρήσεων του λιγνίτη είναι: ΑΝΘ-4

5 α) Επεξεργασία του φυσικού λιγνίτη Σκοπός της επεξεργασίας αυτής είναι η σταθεροποίηση των βασικών ιδιοτήτων του λιγνίτη, η βελτίωση της ποιότητάς του και η αύξηση της ακτίνας µεταφοράς του, ώστε να αποφεύγεται η επιλεκτική εξόρυξη και να µειώνεται κατά συνέπεια το κόστος παραγωγής και η αξιοποίηση του κοιτάσµατος. Περιλαµβάνει τα στάδια: α. Θρυµµατισµός και ταξινόµηση σε ορισµένα µεγέθη β. Καθάρισµα για να αποµακρυνθεί η σκόνη και τα αδρανή υλικά γ. Ξήρανση για διευκόλυνση στη µεταφορά ή τη χρήση. β) Εξανθράκωση Είναι η θέρµανση του λιγνίτη χωρίς οξυγόνο για παραγωγή κωκ (χρησιµοποιείται σαν καύσιµο, σαν αναγωγικό στη Μεταλλουργία, σαν πρώτη ύλη για καρβίδια και σιδηροκράµατα), πτωχού αέριου (καύσιµο) και λιγνιτόπισσας (πρώτη ύλη στη χηµική βιοµηχανία). γ) Εξαερίωση Είναι η επεξεργασία για να µετατραπεί ο λιγνίτης σε αέριο που χρησιµοποιείται βιοµηχανία, στη µεταλλουργία και σαν καύσιµο στις πόλεις. στη χηµική ΤΥΡΦΗ Παρόλο που την τύρφη την θεωρούµε "ορυκτό" δηλ. ως επί το πλείστον ανόργανες ουσίες, ωστόσο είναι οργανική ύλη. Η τύρφη είναι οργανικό έδαφος που η δοµή των φυτών είναι λίγο-πολύ εµφανής, µε ποσοστό οργανικής ύλης από 50% έως 87% και το υπόλοιπο ποσοστό από ανόργανες ουσίες. Συγκρατεί τεράστια ποσά νερού σε αναλογία βαρών µέχρι 9:1. Έχει ινώδη χαρακτήρα και χρώµα έως µαύρο. Γεωλογικά η τύρφη είναι άνθρακας νεαρής ηλικίας, υπόλλειµα βραδείας αναερόβιας αποσύνθεσης υδρόφιλων φυτών και θεωρείται πρώτο βήµα στον σχηµατισµό των ανθράκων. Τα οργανικά εδάφη σχηµατίστηκαν σε παλιότερες περιόδους, όµως ο σχηµατισµός οργανικών εδαφών εξακολουθεί ακόµη και σήµερα σε τελµατώδεις εκτάσεις, σε λεκάνες µε άφθονες βροχοπτώσεις, υψηλό ποσοστό υγρασίας, όπου εµποδίζεται η εξάτµιση, υπάρχει ανεπάρκεια διεξόδου των υδάτων και πλούσια βλάστηση. Αλλά οι συνθήκες σχηµατισµού οργανικών εδαφών είναι σήµερα λιγότερο ευνοϊκές. Γενικά είναι αναγκαία η συσσώρευση οργανικής ύλης (βρύα, καλάµια, θάµνοι, κωνοφόρα κλπ.) σε λεκάνη αργιλούχου πυθµένα µε στάσιµα νερά. Ο τύπος της τύρφης που σχηµατίζεται καθορίζεται από τον τύπο της βλάστησης και τη µορφή του εδάφους. Σε µια λεκάνη τυρφώνα µπορούν να παρουσιάζονται αλλεπάλληλα στρώµατα τύρφης µε διαφορετική σύσταση και ιδιότητες γιατί σχηµατίστηκαν σε διάφορες εποχές από διάφορους τύπους βλάστησης. Το συνολικό βάθος των τυρφώνων κυµαίνεται στα 4 µε 7 µέτρα. Ο τυρφώνας των Φιλίππων µε 190 µέτρα είναι µοναδική περίπτωση, το βαθύτερο κοίτασµα στον κόσµο. Η τύρφη χρησιµοποιείται απευθείας σαν καύσιµο, για ηλεκτροπαραγωγή, για παραγωγή φωταερίου, σαν λίπασµα στη γεωργία. Βασικό πρόβληµα στην εκµετάλλευσή της για ηλεκτροπαραγωγή είναι οι µεγάλου εύρους και ξαφνικές µεταβολές στο ποσοστό υγρασίας της και στην πυκνότητα της. Χώρες µε σηµαντικά κοιτάσµατα τύρφης είναι: α. Οι χώρες της πρώην ΕΣΣ, που κατέχουν την πρώτη θέση τόσο σε αποθέµατα (61%) όσο και σε βιοµηχανική αξιοποίηση (70% της παγκόσµιας παραγωγής προϊόντων τύρφης). β. Η Φιλλανδία µε 8,2% των παγκόσµιων αποθεµάτων. Το 32% της χώρας αυτής είναι τυρφώδη έλη. γ. Ο Καναδάς µε 7,8% δ. Οι ΗΠΑ µε 6,2% ε. Η Γερµανία µε 4,3% ζ. Η Μεγάλη Βρετανία µε 4,3% ΑΝΘ-5

6 η. Η Ιρλανδία, όπου η τύρφη θεωρείται εθνική πηγή πλούτου και καλύπτει το 20% των αναγκών της χώρας σε ηλεκτροπαραγωγή. ΤΑ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΥΣΙΜΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α Η χώρα µας είναι πλούσια σε στερεά καύσιµα, κυρίως λιγνίτη και τύρφη. α) Λιγνίτης Για την Ελλάδα ο λιγνίτης αποτελεί µια από τις βασικές πλουτοπαραγωγικές πηγές της. Είναι ο µόνος ουσιαστικά εγχώριος πόρος πρωτογενούς ενέργειας που συµµετέχει στην κάλυψη του ενεργειακού µας ισοζυγίου (µε πολύ µικρότερη συµµετοχή της υδροηλεκτρικής ενέργειας και των υδρογονανθράκων). Προβλέπεται να παραµείνει ουσιαστική η συµµετοχή του για πολλά έτη ακόµη. Χρησιµοποιείται σήµερα κυρίως για την ηλεκτροπαραγωγή, ενώ οι εξωηλεκτρικές του χρήσεις είναι πολύ περιορισµένες. Οι κυριώτερες λιγνιτοφόρες περιοχές συναντώνται στη υτική Μακεδονία (Πτολεµαϊδα, Κοζάνη, Αµύνταιο, Φλώρινα), στην Ανατολική Μακεδονία ( ράµα, Σέρρες), στη Ν.. Πελοπόννησο (Μεγαλόπολη) στην Εύβοια (Αλιβέρι, Κύµη). Τα εξακριβωµένα οικονοµικώς εκµεταλλεύσιµα κοιτάσµατα λιγνίτη της χώρας είναι σηµαντικά και εκτιµώνται σε τάξη µεγέθους των 4*10 9 tn ή 1,25*10 9 MWh. H ποιότητα των ελληνικών λιγνιτών είναι µέτρια, χαµηλής θερµογόνου ικανότητας (950 kcal/kg έως kcal/kg) και µε µεγάλο ποσοστό τέφρας (20%) και υγρασίας (33% έως 60%). Η συµµετοχή του λιγνίτη στο σύνολο της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας το 1990 ήταν 76,4%, ενώ στη συνολική εγχώρια διάθεση ενέργειας συµµετείχε κατά 32%. β) Τύρφη Σε πολλές περιοχές της χώρας έχουν διαπιστωθεί κοιτάσµατα τύρφης. Μεταξύ αυτών η τύρφη των Φιλίππων αποτελεί µια από τις µεγαλύτερες πλουτοπαραγωγικές πηγές της Ελλάδας. Το ιστορικό του τυρφώνα των Φιλίππων έχει ως εξής: Τη 10ετία του 30 γίνεται η αποξήρανση των ελών και µόλις το 1961 διαπιστώνεται η ύπαρξη µεγάλου τυρφώνα. Ο τυρφώνας καλύπτει έκταση 54 km 2 µε µέγιστο πάχος 190 m στο κέντρο του. Μπορεί να διαιρεθεί σε δύο τµήµατα, το ανώτερο (βάθους 60m) µε ελάχιστη παρουσία αγόνων και το κατώτερο µε διαδοχικές στρωµατώσεις τύρφης-αγόνων. Στο βάθος του κατώτερου τµήµατος σχηµατίζεται λιγνίτης. Το απόθεµα υπολογίστηκε σε 2.050*10 6 m 3 για το ανώτερο τµήµα και 1.909*10 6 m 3 για το κατώτερο. Το απόθεµα των πρώτων 60m περιέχει περίπου 570*10 6 tn µε θερµογόνο δύναµη kcal/kg. Είναι ο µεγαλύτερος τυρφώνας στον κόσµο µε ιδιαίτερο χαρακτηριστικό το µεγάλο βάθος που παρουσιάζει. Το έγινε ερευνητική µελέτη από το ΙΓΥΕ (το τότε ΙΓΜΕ) για λογαριασµό και σε συνεργασία µε τη ΕΗ. Το 1968 έγινε προµελέτη από τις εταιρίες Fichtner (Ο Γ) και Bord-na-Mona (Ιρλανδίας) µε ευνοϊκά αποτελέσµατα για ηλεκτροπαραγωγή. Το έγινε µελέτη από την Energomachexport (ΕΣΣ ) τα συµπεράσµατα της όµως δεν ανακοινώθηκαν στον Τύπο. Το 1973 υπογράφεται σύµβαση για κατασκευή 3 σταθµών 125MW ο καθένας µε έκταση του ορυχείου περίπου στρέµµατα Η σύµβαση θεωρείται από τις πιο συµφέρουσες που υπέγραψε η ΕΗ. Όµως το 1976 καταργείται. Τα διάφορα προβλήµατα που συνδέονταν µε την αξιοποίηση της τύρφης οι εταιρίες πρότειναν να αντιµετωπιστούν ως εξής: Για το πρόβληµα της τέφρας η Fichtner πρότεινε την χρησιµοποίησή της στα διάφορα αντιπληµµυρικά έργα που θα δηµιουργούνταν καθώς και τη διερεύνηση τρόπων για βιοµηχανική αξιοποίηση της. Η ΕΜΕ πρότεινε τη χρησιµοποίηση τους σε βιοµηχανίες τσιµέντου λόγω της εξαιρετικής της σύστασης σε ανθρακικό καθώς και τη χρήση της σαν λίπασµα. Όσον αφορά την απόδοση του τυρφώνα σε καλλιέργεια µετά 25 χρόνια η ΕΜΕ είχε ειδική µελέτη για την απόδοση σε καλλιέργεια των εδαφών µέχρι τα 15m βάθος. ΑΝΘ-6

7 Παράλληλα η ΕΜΕ έκανε και ειδική µελέτη για την αντιπληµµυρική προστασία της περιοχής του τυρφώνα καθώς και για την προστασία του από τις πυρκαγιές. Άλλες προτάσεις που έγιναν για την αξιοποίηση του τυρφώνα προέβλεπαν: α. την παραγωγή φωταέριου (4.200 kcal/m 3 ) µε µέθοδο εξαερίωσης υπό πίεση. Το αέριο αυτό µπορεί να χρησιµοποιηθεί για παραγωγή αζωτούχων λιπασµάτων β. Παραγωγή κωκ ή µπρικετών γ. Παρασκευή οργανικών λιπασµάτων Τέλος υπάρχει και η άποψη να µη πειραχθεί ο τυρφώνας µια και αποτελεί µία από τις ευφορότερες περιοχές της χώρας µας. Το γεγονός όµως είναι ότι πέρα από την µελέτη για ηλεκτροπαραγωγή δεν έχουν γίνει άλλες µελέτες για την αξιοποίηση της περιοχής και το τυρφώνα κατά τον ένα ή τον άλλο τρόπο. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. D.M.Coinside, Energy Technology Handbook. McGraw-Hill, N.Berkowitz, "An introduction to coal technology". Academic Press, ΑΝΘ-7

8 Εικόνα ΑΝΘ-1: Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από άνθρακα ΑΝΘ-8

9 Εικόνα ΑΝΘ-2: Παγκόσµια παραγωγή άνθρακα και λιγνίτη Εικόνα ΑΝΘ-3: Παγκόσµια παραγωγή άνθρακα και λιγνίτη σε ηµιλογαριθµική κλίµακα ΑΝΘ-9

10 Πίνακας ΑΝΘ-1: Παγκόσµια αποθέµατα άνθρακα (εκατ. τόνοι) Εικόνα ΑΝΘ-4: Κορύφωση παγκόσµιας παραγωγής άνθρακα για δύο εκτιµήσεις των συνολικών αποθεµάτων ΑΝΘ-10

11 Το παγκόσµιο ενεργειακό ισοζύγιο (2008) Πίνακας ΑΝΘ-1: Χώρες µε τα µεγαλύτερα αποθέµατα άνθρακα (εκατ. τόνοι) ΗΠΑ Ρωσία Κίνα Αυστραλία Ινδία Ουκρανία Καζακστάν Σερβία Πολωνία Γερµανία Παραγωγή άνθρακα (εκατ. τόνοι) το 2008 Κίνα Ρωσία 241 ΗΠΑ 981 Ινδονησία 231 Ινδία 452 Πολωνία 90 Αυστραλία 323 Καζακστάν 83 Ν. Αφρική 244 Κολοµβία 72 ΑΝΘ-11

12 Πλευρά εκσκαφής στη Γερµανική µέθοδο. Σε κάθε βαθµίδα υπάρχει από ένας καδοφόρος εκσκαφέας. Πλευρά απόθεσης στη Γερµανική µέθοδο. Σε κάθε βαθµίδα υπάρχει από ένας αποθέτης. Επιφανειακή - Υπαίθρια εξόρυξη λιγνίτη. Υπαίθριο ορυχείο λιγνίτη στη υτ. Μακεδονία. ΑΝΘ-12

13 Άνθρακας Ατµός Αέρας ή Ο 2 Ατµός Αποµάκρυνση πτητικών ιεργασία Αεριοποίησης Αποµάκρυνση πίσσας & σκόνης Μετατροπή Άνθρακας & αέρια Ακάθαρτο αέριο Αέριο CO 2 + H 2 CO + Ατµός Αποµάκρυνση Θείου Μεθάνωση CO + H 2 CH 4 + CO 2 Αποµάκρυνση CO 2 CH 4 Σχηµατική παράσταση διεργασίας εξαερίωσης άνθρακα Σχ. ΑΝΘ-5: ιάγραµµα διεργασιών εξαερίωσης άνθρακα Εικόνα ΑΝΘ-6: Μονάδες αεριοποίησης άνθρακα ΑΝΘ-13

14 Εικόνα ΑΝΘ-7: Υπόγεια αεριοποίηση άνθρακα ΑΝΘ-14

15 Εικόνα ΑΝΘ-8: Σύγχρονοι µέθοδοι υπόγειας αεριοποίησης άνθρακα. ΑΝΘ-15

16 Εικόνα ΑΝΘ-9: Αρχές λειτουργίας µηχανικών εστιών καύσης. a. µε τροφοδοσία από κάτω b. µε κινούµενη σχάρα c. µε µηχανισµό διασκόρπισης του καυσίµου ΑΝΘ-16

17 Λέβητας και σύστηµα καύσης σκόνης λιγνίτη ΑΝΘ-17

18 1. Ατµολέβητας 2. Ατµοστρόβιλος 3. Ηλεκτρογεννήτρια 4. Συµπυκνωτής 5. Αντλία Εικόνα ΑΝΘ-10: ιάγραµµα λειτουργίας ατµοηλεκτρικού σταθµού. Εικόνα ΑΝΘ-11: Σχηµατική παράσταση Ατµοηλεκτρικού σταθµού. 1. οχείο/αποθήκη καυσίµου 9. Στρόβιλος, 1η βαθµίδα 2. Κονιοποιητής 10. Στρόβιλος, 2η βαθµίδα 3. Τροφοδοσία αέρα 11. Ηλεκτρογεννήτρια 4. Καυστήρας 12. Τερµατικά/ακροδέκτες 5. Σωληνώσεις 13. εξαµενη νερού 6. Ατµογεννήτρια 14. Αντλία 7. Σπειρωειδείς σωλήνες 15. Συµπυκνωτής 8. Καµινάδα 16. Αντλία ΑΝΘ-18

19 Εικόνα ΑΝΘ-10: Ισοζύγιο θερµότητας συµβατικού ατµοηλεκτρικού σταθµού. 1. Θερµική ενέργεια από καύση 2. Απώλειες στο λέβητα 3. Απώλειες στις σωληνώσεις 4. Απώλειες στη στροβιλογεννήτρια 5. Απώλειες στο συµπυκνωτή 6. Θερµική ενέργεια που µετατρέπεται σε ηλεκτρική, Εικόνα ΑΝΘ-11: Ισοζύγιο θερµότητας ατµοηλεκτρικού σταθµού συµπαραγωγής. 1. Θερµική ενέργεια από καύση 2. Απώλειες στο λέβητα 3. Απώλειες στις σωληνώσεις 4. Απώλειες στις στροβιλογεννήτριες 5. Απώλειες στο συµπυκνωτή 6. Θερµική ενέργεια για θέρµανση 7. Θερµική ενέργεια που µετατρέπεται σε ηλεκτρική ΑΝΘ-19