ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Περιφερειακός Πόλος Καινοτοµίας υτικής Μακεδονίας συνενέργεια (Γ.Γ.Ε.Τ. Γ' ΚΠΣ Επιχειρησιακό Πρόγραµµα Ανταγωνιστικότητα) - Άξονας 4, Μέτρο 4.6, ράση ρ. Μαρία Α. Γούλα Επίκουρος Καθηγήτρια Εργαστήριο Εναλλακτικών Καυσίµων & Περιβαλλοντικής Κατάλυσης (Lab of Alternative Fuels and Environmental Catalysis, LAFEC) Τµήµα Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης Τ.Ε.Ι. υτικής Μακεδονίας 1

2 Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Το βιοαέριο γενικά είναι το προϊόν της αναερόβιας χώνευσης βιοαποικοδοµήσιµων οργανικών υλικών Το προερχόµενο από την διεργασία της αναερόβιας χώνευσης βιοαέριο περιέχει µεθάνιο (CH( 4 ) σε ποσοστά περίπου 50 έως 70%, διοξείδιο του άνθρακα (CO( 2 ) σε ποσοστά που κυµαίνονται από 30 έως 50%, καθώς και ίχνη H 2, O 2, H 2 S, N 2 και υδρατµών Η γενική εξίσωση αναερόβιας µετατροπής των στερεών αποβλήτων είναι η ακόλουθη: Οργ.. ύλη + H 2 O + θρεπτ.. ουσίες νέα οργ.. ύλη + CO 2 +CH 4 +NH 3 + H 2 S + θερµότητα 2

3 ΙΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΑΕΡΟΒΙΑΣ ΧΩΝΕΥΣΗΣ Η αναερόβια χώνευση αναφέρεται στην αποσύνθεση οργανικής ύλης παρουσία µικροοργανισµών, τα οποία αναπτύσσονται σε περιβάλλον «απουσία» οξυγόνου Αποτελεί µια από τις παλαιότερες µεθόδους βιολογικής επεξεργασίας Τα τελικά προϊόντα της αναερόβιας χώνευσης είναι: βιοαέριο που µπορεί να χρησιµοποιηθεί για παραγωγή ενέργειας και θερµότητας εµπλουτισµένη σε οργανικά συστατικά λάσπη που µπορεί να θεωρηθεί κατάλληλη για χρήση ως λίπασµα καθώς και άλλα εµπορεύσιµα ανόργανα υλικά 3

4 ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ Σχεδόν οποιαδήποτε οργανική ύλη µπορεί να αποτελέσει πηγή τροφοδοσίας βιοµάζας για παραγωγή βιοαερίου Οι πιο κοινές πρώτες ύλες βιοµάζας που είναι δυνατό να χρησιµοποιηθούν για παραγωγή βιοαερίου είναι: Οικιακά απόβλητα Οργανικό κλάσµα των αστικών στερεών αποβλήτων (Χ.Υ.Τ.Α.) Ζωικά απόβλητα Υπολείµµατα ξυλείας Γεωργικά απόβλητα Ενεργειακές καλλιέργειες Βιοµηχανικά απόβλητα επεξεργασίας τροφίµων 4

5 ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Με στόχο την ποιοτική αναβάθµιση του βιοαερίου, είναι απαραίτητες τεχνικές επεξεργασίας που περιλαµβάνουν απαλλαγή του από υγρασία και ανεπιθύµητες ουσίες ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ιαχωριστές συµπυκνωµάτων Αφυγραντές Ψύξη του αερίου Μέθοδος απορρόφησης Μέθοδος προσρόφησης 5

6 ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ Υ ΡΟΘΕΙΟΥ ΚΑΙ ΑΝΕΠΙΘΥΜΗΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα Μέθοδος εκλεκτικών διαλυτών Προσρόφηση σε κυλινδρικά τεµαχίδια οξειδίου του σιδήρου ΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΙΟΞΕΙ ΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ Προσρόφηση υπό πίεση (Pressure( Swing Adsorption PSA) Φυσική ή χηµική απορρόφηση ιαχωρισµό µε µεµβράνες Χρήση κατάλληλων διαλυτών 6

7 7

8 1. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Το βιοαέριο µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως καύσιµο θέρµανσης για βιοµηχανικούς λέβητες, καµίνους, φούρνους και ξηραντήρες Μετά την αποµάκρυνση της υγρασίας το βιοαέριο είναι κατάλληλο για ποικίλες εφαρµογές, όπως θέρµανση χώρων, παραγωγή θερµικής ενέργειας, για καύσιµο λεβήτων παραγωγής ατµού θέρµανσης ή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µε χρήση τουρµπίνων ατµού Για χρήση σε λέβητες που παράγουν ατµό υψηλής πίεσης, το βιοαέριο χρειάζεται µόνο επεξεργασία και συµπίεση 8

9 2.1 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µε εµβολοφόρες µηχανές Το βιοαέριο έπειτα από την αποµάκρυνση των πτητικών οργανικών ουσιών, των θειούχων ενώσεων και της υγρασίας, µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως καύσιµο σε εµβολοφόρες µηχανές που κινούν γεννήτριες παραγωγής ηλεκτρικού ρεύµατος Οι εµβολοφόρες µηχανές διατίθενται σε διάφορα µεγέθη και η ηλεκτρική ισχύς τους κυµαίνεται από 0,5-3,3 MW ανά µονάδα Σχετικά υψηλό κόστος συντήρησης και ειδική επίβλεψη από εξειδικευµένο προσωπικό µε στόχο την επιτυχή λειτουργία τους Η τεχνολογία των εµβολοφόρων µηχανών κρίνεται κατάλληλη για την ανάπτυξη εγκαταστάσεων µικρής κλίµακας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. 9

10 2.2 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µε τουρµπίνες αερίου Οι τουρµπίνες που χρησιµοποιούν βιοαέριο διατίθενται ευρέως είτε ως αυτοτελείς µονάδες είτε ως συστήµατα τέτοιων µονάδων Η ηλεκτρική ισχύς τους κυµαίνεται από 3-88 MW ανά µονάδα Τα συστήµατα µε τουρµπίνες έχουν γενικά καθαρότερες εκποµπές ρύπων και χαµηλότερο λειτουργικό κόστος αλλά και κόστος συντήρησης σε σχέση µε τις εµβολοφόρες µηχανές ίδιου µεγέθους Μπορούν να λειτουργούν µε βιοαέριο χαµηλότερης περιεκτικότητας σε σ µεθάνιο σε σχέση µε τις εµβολοφόρες µηχανές 10

11 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ 3. ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Στα συστήµατα συµπαραγωγής επιτυγχάνεται ανάκτηση µεγάλων ποσοτήτων θερµότητας υψηλής ποιότητας που απορρίπτεται µε τα καυσαέρια της τουρµπίνας αερίου Τα συστήµατα συµπαραγωγής είναι από οικονοµικής άποψης αποδοτικά όταν η συνολική ισχύς των εγκαταστάσεων είναι µεγαλύτερη των 10 MW Λόγω της ανάκτησης και επαναχρησιµοποίησης θερµότητας, η καθαρή απόδοση των συστηµάτων συµπαραγωγής σε όρους µετατροπής βιοαερίου σε ενέργεια είναι µεγαλύτερη του 35 % Όµως, λόγω των σύνθετων διεργασιών στα συστήµατα συµπαραγωγής θερµότητας και ενέργειας, απαιτείται συνεχής επίβλεψη των εγκαταστάσεων 11

12 4.1 ΤΟ ΒΙΟΑΕΡΙΟ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ ΜΗΧΑΝΗΣ Μηχανές ντίζελ και πετρελαιοµηχανές µπορούν να τροποποιηθούν ώστε να χρησιµοποιούν βιοαέριο Στην πραγµατικότητα το βιοαέριο χρησιµοποιείται σήµερα σε µηχανές αποκλειστικής χρήσης αερίου ή σε µηχανές διπλού καυσίµου Η πιο κοινή χρήση του βιοαερίου είναι ως καύσιµο για µηχανές εσωτερικής καύσης Το βιοαέριο µπορεί επίσης να χρησιµοποιηθεί ως καύσιµο για µια µηχανή µε εξωτερικό θάλαµο καύσης, γνωστή ως µηχανή Stirling 12

13 4.2 ΤΟ ΒΙΟΑΕΡΙΟ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ ΟΧΗΜΑΤΩΝ Το βιοαέριο πρέπει να είναι αναβαθµισµένο σε ποιότητα φυσικού αερίου και τα οχήµατα να είναι κατάλληλα τροποποιηµένα ώστε να µπορούν να κινούνται µε φυσικό αέριο Το ακατέργαστο βιοαέριο γενικά θεωρείται ακατάλληλο για καύσιµο οχηµάτων Η χαµηλή περιεκτικότητα σε µεθάνιο του παραγόµενου βιοαερίου σε συνδυασµό µε τα ίχνη των προσµίξεων (κυρίως υδρόθειο), είναι δυνατό να έχει αρνητική επίδραση στη λειτουργία του κινητήρα, στην αντοχή του και στις εκποµπές Το βιοαέριο οδηγείται σε συστήµατα αποθείωσης και αποµάκρυνσης του διοξειδίου του άνθρακα προς παραγωγή βιο-µεθανίου για χρήση του σε κινητήρες οχηµάτων 13

14 5.1 ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Απευθείας χρήση του βιοαερίου για θέρµανση της µονάδας Χρήση του βιοαερίου σε γεωργικές αντλίες Χρήση του βιοαερίου σε ψυκτική εγκατάσταση 14

15 5.2 ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Ανάµιξη Βιο-αερίου µε µεγαλύτερης αξίας καύσιµα Η προσθήκη προπανίου ή υγραερίου (LPG), που είναι αέριο σε συνθήκες περιβάλλοντος, χρησιµοποιείται µερικές φορές για να αυξηθεί η θερµαντική αξία του φυσικού αερίου ώστε να ικανοποιούνται οι προδιαγραφές ποιότητας στους αγωγούς και το ίδιο θα µπορούσε να γίνει για το βιοµεθάνιο Το ποσοστό του προπανίου ή του LPG σε ανάµιξη µε το φυσικό αέριο τείνει να είναι χαµηλό (π.χ. µικρότερο από 8%) για λόγους κόστους. Καθώς αυτή η µέθοδος δεν αυξάνει την συνολική περιεκτικότητα CH 4 στο αέριο, δεν θεωρείται επαρκής όσον αφορά την αναβάθµιση του βιοαερίου σε βιοµεθάνιο 15

16 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ 5.3 ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Μετατροπή του βιοαερίου σε βιο-µεθάνιο Το βιο-µεθάνιο, µε τυπική σύσταση περισσότερο από 95% σε µεθάνιο, τεχνικά µπορεί να χρησιµοποιηθεί όπως και το φυσικό αέριο, είτε για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, θερµότητας, ψύξης και άντλησης είτε ως καύσιµο οχηµάτων Για την παραγωγή βιο-µεθανίου από το βιοαέριο, το υδρόθειο, η υγρασία και το διοξείδιο του άνθρακα πρέπει πρώτα να αποµακρυνθούν Το παραγόµενο βιο-µεθάνιο θεωρείται ισοδύναµο µε το φυσικό αέριο, όσον αφορά την χηµική σύσταση και το ενεργειακό περιεχόµενο, οπότε ο εξοπλισµός που χρησιµοποιείται για το φυσικό αέριο µπορεί επιτυχώς να χρησιµοποιηθεί και για την περίπτωση του βιο-µεθανίου 16

17 6.1 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Συµπιεσµένο ή υγροποιηµένο βιο-µεθάνιο (CBM) ισοδύναµο µε υγροποιηµένο φυσικό αέριο (LNG) Υγροί υδρογονάνθρακες υποκατάστατα της βενζίνης και του πετρελαίου diesel (µέσω της διεργασίας Fischer-Tropsch Μεθανόλη Υδρογόνο 17

18 6.2 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΥΜΠΙΕΣΜΕΝΟ ΒΙΟΜΕΘΑΝΙΟ Το βιοµεθάνιο που συµπιέζεται σε περίπου 3,600 psi αναφέρεται ως συµπιεσµένο βιοµεθάνιο (CBM). Όσον αφορά την σύστασή του είναι ισοδύναµο µε συµπιεσµένο φυσικό αέριο (CΝC), εναλλακτικό καύσιµο αυτοκινήτων που περιέχει περίπου 24,000 Btu/gallon σε σύγκριση µε περίπου 120,000 για την βενζίνη και 140,000 για το πετρέλαιο κίνησης Συνεπώς, τα οχήµατα που κινούνται µε CNG (or CBM) έχουν µεγαλύτερα ρεζερβουάρ καυσίµου και περιορισµένη ιπποδύναµη (driving range) συγκρινόµενα µε τα παραδοσιακών καυσίµων οχήµατα Οχήµατα που µπορούν να µετατρέπονται από κινούµενα µε CNG (or CBM) σε βενζίνη επιτρέπουν µεγαλύτερης διάρκειας driving ranges και µικρότερη εξάρτηση από σταθµούς ανεφοδιασµού CN. Παρόλα αυτά το κόστος της διανοµής και της εγκατάστασης σταθµών ανεφοδιασµού κάνει την παραπάνω χρήση µάλλον δύσκολη στην εφαρµογή της 18

19 6.3 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΗ ΜΕΘΑΝΙΟΥ & ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ Η µετατροπή του µεθανίου (από φυσικό αέριο) σε υγρά καύσιµα µπορεί να επιτευχθεί µέσω των διεργασιών αναµόρφωσης µε χρήση ατµού για την παραγωγή αερίου σύνθεσης (αποτελούµενο από CO, H 2, και CO 2 ) Το αέριο σύνθεσης µπορεί στην συνέχεια να µετατραπεί καταλυτικά σε µεθανόλη ή υδρογονανθρακικά καύσιµα. Το κλειδί σε αυτές τις διεργασίες είναι η φύση και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των καταλυτών, καθώς και οι συνθήκες της αντίδρασης µετατροπής του µεθανίου σε µίγµα CO-H 2 19

20 6.4 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΗ ΜΕΘΑΝΙΟΥ & ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ Οι δύο βασικές διεργασίες που χρησιµοποιούνται για την µετατροπή του µεθανίου είναι η ατµο-αναµόρφωση (steam reforming, eq. 3) και η ξηρή αναµόρφωση (dry reforming, eq. 4): CH 4 + H 2 O CO + 3 H 2 steam reforming, at 1500 o F (3) CH 4 + CO 2 2 CO + 2 H 2 dry reforming, at 2200 o F (4) CO + 2 H 2 CH 3 OH methanol synthesis (5) CO + 2 H 2 (CH 2 ) + H 2 O Fischer Tropsch (6) Ποικιλία καταλυτών σιδήρου η χαλκού χρησιµοποιούνται συνήθως για τις καταλυτικές διεργασίες µετατροπής σε υγρά καύσιµα, ενώ διαφορετικοί καταλύτες παράγουν επιλεκτικά διαφορετικά προϊόντα Επιπλέον αυτοί οι καταλύτες είναι πολύ ευαίσθητοι σε δηλητήρια, ιδιαίτερα H 2 S. Αυτό απαιτεί προσεκτική αποµάκρυνση του H 2 S, αλλά και των µερκαπτανών (οργανικές θειούχες ενώσεις) και άλλων impurities 20

21 6.5 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΕΝΖΙΝΗΣ ΜΕΣΩ ΤΗΣ Fischer-Tropsch ΙΕΡΓΑΣΙΑΣ Η µέθοδος Fischer-Tropsch χρησιµοποιείται από το 1920 για την µετατροπή άνθρακα, φυσικού αερίου, και άλλων χαµηλής αξίας ορυκτών καυσίµων σε υψηλής ποιότητας καθαρά καύσιµα Η συµπεριφορά των Fischer-Tropsch καυσίµων είναι παρόµοια µε εκείνη της βενζίνης και του πετρελαίου diesel. Το µειονέκτηµα αυτών των καυσίµων είναι το κόστος παραγωγής τους ακόµη και σε πολύ µεγάλη κλίµακα. Για παράδειγµα, για την εφαρµογή της Fischer-Tropsch διεργασίας σε βιοµηχανική κλίµακα στο Qatar για παραγωγή 34,000-barrels-per-day βενζίνης από φυσικό αέριο απαιτήθηκε µια επένδυση $100/barrel το χρόνο Τα δύο τρίτα αυτού του κόστους συνδέονται µε την διεργασία αναµόρφωσης του µεθανίου, ενώ µόνο το ένα τρίτο οφείλεται στην Fischer-Tropsch αντίδραση. Στο κόστος αυτό δεν συµπεριλαµβάνονται επίσης το κόστος των υποδοµών για την µεταφορά του αερίου στην µονάδα, τον καθαρισµό του, ή την διάθεση του προϊόντος στην αγορά 21

22 6.6 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΕΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΒΙΟΜΕΘΑΝΙΟ Η µετατροπή του µεθανίου σε µεθανόλη είναι παρόµοια, αν και ευκολότερη ως διεργασία, µε την Fischer-Tropsch, σε επίπεδο εφαρµογής και οικονοµικών στοιχείων Πλεονέκτηµα της παραγωγής µεθανόλης είναι ότι τα ανεπιθύµητα προϊόντα είναι πολύ λιγότερα συγκρινόµενη µε την Fischer-Tropsch και το παραγόµενο καύσιµο είναι οµοιόµορφο, ενώ πολύ ευκολότερα ανακτάται και παράγεται Μειονέκτηµα αυτού του καυσίµου είναι η περιορισµένη του ζήτηση, ειδικότερα τώρα µε την σταδιακή απόσυρση του methyl-tertiary butyl ether (MTBE), ενός προσθέτου που εισήχθηκε στην αγορά τα τέλη του Υπάρχουν βιοµηχανικές χρήσεις της µεθανόλης. Μια δυναµικά αναπτυσσόµενη αγορά για ανανεώσιµη µεθανόλη (βιο-µεθανόλη) είναι η χρήση της στην παραγωγή biodiesel 22

23 6.7 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΌ ΒΙΟΑΕΡΙΟ Ή ΒΙΟΜΕΘΑΝΙΟ Πιθανότατα κανένα καύσιµο δεν εµφανίζει καλύτερες προοπτικές όπως το υδρογόνο. Ως εκ τούτου, δεν προκαλεί έκπληξη το µεγάλο ενδιαφέρον που υπάρχει για την µετατροπή του βιοαερίου σε υδρογόνο. Ωστόσο, η µόνη διαδικασία παραγωγής υδρογόνου από µεθάνιο είναι µέσω των προαναφερθέντων αντιδράσεων αεριοποίησης /αναµόρφωσης και µετατόπισης, σύµφωνα µε τις οποίες µίγµα CO και H 2 παράγονται από CH 4, ενώ στην συνέχεια το CO αντιδρώντας µε το H 2 O µετατρέπεται σε H 2 και CO 2 Η µετατροπή του CH 4 σε H 2 είναι τεχνικά εφικτή διεργασία και πιθανώς πραγµατοποιήσιµη σε µονάδες κλίµακας µεσαίου µεγέθους. Αρκετές εταιρίες ισχυρίζονται ότι έχουν αναπτύξει µικρής κλίµακας αναµορφωτές µεθανίου, αλλά ακόµη δεν τις έχει εµπορευµατοποιήσει. Εντούτοις, η εταιρεία Exxon-Mobil αναµένεται να ανακοινώσει την κατασκευή ενός νέου τύπου αναµορφωτή για on-board µετατροπή των καυσίµων σε H 2 στο άµεσο µέλλον 23

24 6.8 ΠΑΡΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΌ ΒΙΟΑΕΡΙΟ Ή ΒΙΟΜΕΘΑΝΙΟ Από την στιγµή που παραχθεί το H 2, αυτό µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως τροφοδοσία σε κυψέλες καυσίµων (fuel cells) για κίνηση αυτοκινήτων ή για σταθερές εφαρµογές (stationary applications). Οι τελευταίες, ωστόσο, είναι περιορισµένου ενδιαφέροντος για µικρής κλίµακας µονάδες µετατροπής (όπου ηλεκτρική ενέργεια µπορεί να παραχθεί από βιοαέριο αποφεύγοντας την πολύ δαπανηρή και συνολικά αναποτελεσµατική διαδικασία παραγωγής H 2 και χρήσης του σε κυψέλες καυσίµου) Ένα καίριο ζήτηµα είναι ο υψηλός βαθµός καθαρότητας που απαιτείται πριν το H 2 χρησιµοποιηθεί ως τροφοδοσία σε κυψέλες καυσίµου. Οι απαιτήσεις για πολύ υψηλής καθαρότητας H 2 καθιστά προβληµατικές τις εφαρµογές για µονάδες µικρής κλίµακας παραγωγής βιοαερίου. Αν και τα συστήµατα αποµάκρυνσης H 2 S είναι πολύ αποτελεσµατικά, ακόµη και περιστασιακά µη ορθή λειτουργία µπορεί να είναι καταστροφική για εφαρµογές σε κυψέλες καυσίµου Το µονοξείδιο του άνθρακα (CO) είναι ακόµη ένα δηλητήριο που πρέπει να µειωθεί σε πολύ χαµηλά επίπεδα. Η αντίδραση µετατόπισης µε την χρήση της PSA τεχνολογίας για την αποµάκρυνση του CO µπορεί να παράγει υψηλής καθαρότητας H 2 µε απώλειες περίπου 10% στην τροφοδοσία του καυσίµου 24

25 6.9 ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΤΟΥ ΒΙΟΜΕΘΑΝΙΟΥ ΣΕ ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΒΙΟΜΕΘΑΝΙΟ Θεωρητικά το βιοµεθάνιο που προέρχεται από το βιοαέριο µπορεί να υγροποιηθεί σε καύσιµο παρόµοιο µε το LNG, που ονοµάζεται υγροποιηµένο βιοµεθάνιο (LBM). Αυτό απαιτεί συνδυασµό υψηλών πιέσεων και χαµηλών θερµοκρασιών, που είναι µάλλον µια ενεργοβόρα και δαπανηρή διεργασία. Εντούτοις, αναδυόµενες τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν τα τελευταία πέντε χρόνια έχουν αναδείξει καλύτερες ευκαιρίες για τις LBM τεχνολογίες Τα πλεονεκτήµατα του LBM έναντι του CBM είναι το πολύ υψηλότερο κατά όγκο ενεργειακό περιεχόµενο, περίπου 84,000 Btu/gallon ή περίπου 70% αυτού της βενζίνης. Αν η απαιτούµενη για την υγροποίηση ενέργεια αγνοηθεί, 1,000 scf CH 4 παράγει περίπου 12 gallons of LBM (αν συµπεριληφθεί, η απόδοση είναι περίπου 10 gallons/1,000 scf). Έτσι, υποθέτοντας 10% απώλειες και ξεχωριστή πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, µια κτηνοτροφική µονάδα 1,500 αγελάδων που παράγει περίπου 70,000 ft 3 βιοαερίου την ηµέρα (45,000 ft 3 /day of CH 4 ) µπορεί να διαθέσει κατά προσέγγιση 500 gallons of LBM/day 25

26 6.10 ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑ Α Βάσει στοιχείων του ΚΑΠΕ η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µέσω αξιοποίησης ανανεώσιµων πηγών κατά το έτος 2001 ανήλθε σε 1.02TWh εκ των οποίων το 74.12% προέρχεται από αιολικά πάρκα, το 18.14% µικρά υδροηλεκτρικά και το 7.75% από βιοαέριο Η σηµερινή δυναµικότητα της παραγωγής ενέργειας από βιοαέριο στην Ελλάδα ανέρχεται σε περίπου 27 MW, τα οποία προέρχονται κύρια από την αξιοποίηση του παραγόµενου βιοαερίου από Χώρους Υγειονοµικής Ταφής Απορριµµάτων (Ano Liossia landfill,) και από εγκαταστάσεις Βιολογικών Καθαρισµών (Psyttalia Wastewater Treatment Plant) 26

27 27

28 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΧΡΗΣΗΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Ενέργεια Εναλλακτική και ανανεώσιµη µορφή ενέργειας Καύσιµο χαµηλής αξίας σε καυστήρες που παράγουν θερµότητα και σε gen-sets εγκαταστάσεις για ταυτόχρονη παραγωγή (συµπαραγωγή) ηλεκτρική ενέργειας και θερµότητας Μείωση Ρύπων συνδεόµενων µε το Φαινόµενο του Θερµοκηπίου Η ενεργειακή αξιοποίηση του βιοαερίου έχει ως αποτέλεσµα τη µείωση των εκποµπών που ευθύνονται άµεσα για το φαινόµενο του θερµοκηπίου και άρα συντελεί σηµαντικά στην προστασία του περιβάλλοντος Ποιότητα του Αέρα Μείωση των πτητικών οργανικών ενώσεων (VOCs) ) που ευθύνονται σε µεγάλο βαθµό για το σχηµατισµό όζοντος και αιθαλοµίχλης (smog( smog) Μείωση ενοχλητικών οσµών σε τοπικό επίπεδο 28

29 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΧΡΗΣΗΣ ΒΙΟΑΕΡΙΟΥ Ποιότητα των Υδάτων Βελτιωµένο σύστηµα διαχείρισης ζωικών αποβλήτων, επιφέρει και µείωση των κινδύνων που σχετίζονται µε τη µόλυνση των υπέργειων υδάτων, που µπορεί να προκληθεί σε περιόδους βροχών ιαχείριση Αποβλήτων Αξιοποίηση αυτού του είδους οργανικών αποβλήτων επιτρέπει τη µετατροπή τους σε ενεργειακό προϊόν (µε µορφή θερµότητας, ηλεκτρικής ενέργειας ή καυσίµου) αποφέροντας κοινωνικά και οικονοµικά οφέλη ιαχείριση Θρεπτικών Συστατικών του Εδάφους Μείωση των παθογόνων µικροοργανισµών Λιγότερες απώλειες αζώτου Μεγαλύτερο βαθµό µετατροπής του οργανικού αζώτου σε νιτρική αµµωνία που απορροφάται ευκολότερα από τα φυτά 29

30 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα οφέλη που αναµένεται να υπάρξουν από την κατασκευή µονάδων ενεργειακής αξιοποίησης του βιοαερίου συνοψίζονται στα ακόλουθα: Έλεγχος των εκπεµπόµενων ρύπων (µεθάνιο, υδρόθειο) στην ατµόσφαιρα υνατότητα επεξεργασίας των αποβλήτων χωρίς σηµαντικό κόστος υνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και θερµότητας µε χρήση ανανεώσιµων πηγών ενέργειας Έµµεση µείωση των εκπεµπόµενων ρύπων από τους λιγνιτικούς σταθµούς ηµιουργία νέων θέσεων εργασίας Τόνωση της τοπικής επιχειρηµατικότητας 30

31 ΟΜΑ Α ΕΡΓΑΣΙΑΣ ρ.. Μαρία Γούλα, Επ.. Καθηγήτρια Τ.Ε.Ι. υτικής Μακεδονίας, Προϊστάµενος Τµήµατος Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης Ηρακλής Λάτσιος, MSc Χηµικός Μηχανικός Νικόλαος Χαρισίου, MSc ιαχείρισης Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων - Υποψήφιος ιδάκτορας Όλγα Μπερεκετίδου,, Χηµικός Μηχανικός Υποψήφια ιδάκτορας Κων/νος Οικονοµόπουλος, Μηχανικός Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης - Υποψήφιος ιδάκτορας 31