03-01 Ξυλώδης βιομάζα Εφοδιαστικές αλυσίδες

Transcript

1 Κεφάλαιο σελ Ξυλώδης βιομάζα Εφοδιαστικές αλυσίδες Όπως αναφέρθηκε στο Κεφάλαιο , η καύσιμη βιομάζα μπορεί να προέρχεται από ένα μεγάλο αριθμό πηγών, οι κυριότερες εκ των οποίων είναι οι δασικές εκτάσεις, οι γεωργικές εκτάσεις, τα αστικά απόβλητα και οι βιομηχανίες ξύλου και τροφίμων. Κάθε τομέας / κλάδος μπορεί να έχει μια ή παραπάνω πιθανές εφοδιαστικές αλυσίδες, με διάφορα επίπεδα πολυπλοκότητας. Στις περισσότερες περιπτώσεις, μια «μικρή» εφοδιαστική αλυσίδα τόσο ως προς τη φυσική απόσταση πρώτης ύλης μονάδας όσο και ως προς τα απαιτούμενα βήματα - είναι πιο αξιόπιστη και οικονομικότερη για όλους τους εμπλεκόμενους φορείς. Γενικά, ανεξάρτητα από την πολυπλοκότητά της, μια εφοδιαστική αλυσίδα ξυλώδους βιομάζας περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: συλλογή, απομάκρυνση, μετατροπή, μείωση μεγέθους, μεταφορά, αποθήκευση και ενεργειακή μετατροπή. Πρέπει να τονιστεί ότι ανάλογα με την ειδική σε κάθε περίπτωση εφοδιαστική αλυσίδα, η σειρά των βημάτων αυτών μπορεί να αλλάζει και κάποια να παραλείπονται εντελώς. Συλλογή ή ανάκτηση είναι το στάδιο του μαζέματος της βιομάζας. Μπορεί να είναι μια απλή διεργασία συλλογής υλικού που παράγεται ως υπόλειμμα μιας κύριας δραστηριότητας (π.χ. παραγωγή ξυλείας) ή ως το κύριο προϊόν της διεργασίας (π.χ. αραίωση, ενεργειακές καλλιέργειες). Η συλλογή ως ξεχωριστό στάδιο μπορεί να απουσιάζει, εάν για παράδειγμα τα υπολείμματα στοιβάζονται από ένα μηχάνημα επεξεργασία κατά το κόψιμο των κλαδιών από ολόκληρα δέντρα, εάν η βιομάζα είναι διαθέσιμη σε βιομηχανικές διεργασίες (π.χ. ξυλουργεία, βιομηχανίες τροφίμων, κτλ) ή σε έναν σταθμό συλλογής αστικών απορριμμάτων. Η απομάκρυνση είναι απαραίτητη όταν η βιομάζα συλλέγεται σε δασικές συστάδες ή σε αγροτεμάχια, όπου η προσβασιμότητα είναι κακή και το υλικό βρίσκεται διάσπαρτο σε όλη την περιοχή. Με το στάδιο αυτό, η πρώτη ύλη συγκεντρώνεται στην άκρη του δρόμου ή σε κάποιο άλλο εύκολα προσβάσιμο μέρος (άνοιγμα, κτλ). Και αυτό το στάδιο μπορεί να απουσιάζει από την εφοδιαστική αλυσίδα (δείτε τα παραπάνω παραδείγματα). Η μετατροπή χρειάζεται εν γένει για τη διευκόλυνση του χειρισμού, της μεταφοράς, της αποθήκευσης και της ποιότητας της βιομάζας. Συνήθως περιλαμβάνει συμπίεση των υπολειμμάτων (π.χ. δεματοποίηση, μείωση μεγέθους, επεξεργασία, κτλ) και σε μερικές περιπτώσεις απομάκρυνση μη επιθυμητών τμημάτων (για παράδειγμα όταν αφαιρούνται τα κλαδιά από δέντρα για την παραγωγή βιομάζας υψηλής ποιότητας). Η μείωση μεγέθους είναι απλά μια μορφή μετασχηματισμού και είναι η μόνη διεργασία που θα πραγματοποιηθεί σίγουρα σε κάποιο σημείο της εφοδιαστικής αλυσίδας. Πράγματι, όπως αναφέρεται στην παράγραφο δ, όλες πρακτικά οι διεργασίες ενεργειακής μετατροπής τροφοδοτούνται τελικά με τεμαχισμένη / θρυματτισμένη βιομάζα. Η μεταφορά στη μονάδα ή στο χώρο αποθήκευσης μπορεί να επιτευχθεί με ένα πλήθος μέσων (τρακτέρ και καρότσα, φορτηγό, τρένο, βάρκα, κτλ). Μπορεί να συνεισφέρει σε μεγάλο μέρος τους κόστους της εφοδιαστικής αλυσίδας (άνω του 50%) και πρέπει να σχεδιαστεί προσεκτικά. Το στάδιο της μετατροπής είναι απαραίτητο σε πολλές περιπτώσεις

2 Κεφάλαιο σελ. 2 ώστε το σύστημα μεταφοράς να είναι οικονομικά αποδοτικό (δείτε σχετικά την παράγραφο β). Όταν η απόσταση είναι μικρή, η απομάκρυνση και η μεταφορά μπορούν να πραγματοποιηθούν σε ένα βήμα με χρήση σχετικά μη αποδοτικών συστημάτων. Η αποθήκευση χρειάζεται εν γένει για την εξασφάλιση της προμήθειας του καυσίμου στην ενεργειακή μονάδα, για τη βελτίωση της ποιότητας της βιομάζας (π.χ. για να επιτευχθεί η φυσική ξήρανση και η απώλεια βελόνων) και για τη βελτιστοποίηση της εφοδιαστικής. Η αποθήκευση είναι αναπόφευκτη όταν η βιομάζα είναι διαθέσιμη σε διαφορετική εποχή από αυτή της κατανάλωσής της, όπως συμβαίνει για παράδειγμα στις Άλπεις και άλλα βουνά όπου τα δέντρα συλλέγονται το καλοκαίρι ενώ τα δίκτυα τηλεθέρμανσης λειτουργούν προφανώς το χειμώνα. Πολλοί διαφορετικοί παράγοντες πρέπει να εξεταστούν όταν αναλύονται οι δυνατές εφοδιαστικές αλυσίδες καύσιμης βιομάζας μιας δεδομένης περιοχής. Πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ότι σε μια περιοχή μπορεί να συνυπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη πρώτων υλών, αλλά κάθε ένα από αυτά πρέπει να εξετάζεται ξεχωριστό ώστε να γίνει καλύτερα κατανοητό το δυναμικό τους και τα ειδικά χαρακτηριστικά τους Εφοδιαστική δασικής βιομάζας Πολλοί παράγοντες εμπλέκονται στον καθορισμό των δυνατών εφοδιαστικών αλυσίδων από δάση. Στην εξέταση μιας συγκεκριμένης περιοχής, οι κύριοι παράγοντες που καθορίζουν τις πραγματικές ή της δυνητικά εφαρμόσιμες εφοδιαστικές αλυσίδες είναι κυρίως: 1) ο τύπος της διαχείρισης του δάσους, 2) τα χαρακτηριστικά του εδάφους, 3) τα κοινώς χρησιμοποιούμενα συστήματα εργασίας, 4) οι συνθήκες που επικρατούν στην αγορά και γενικά στον τόπο α: Διαχείριση δασών Πολλά μοντέλα δασικής διαχείρισης μπορεί να συνυπάρχουν στην ίδια περιοχή. Γενικά μιλώντας, η προμήθεια βιομάζας διαφέρει δραστικά ανάλογα με την ένταση της συλλογής. Πολλά μοντέλα δασοπονίας μπορούν να υιοθετηθούν εδώ εξετάζονται μόνο οι δυο ακραίες περιπτώσεις: Αποψίλωση ο όρος αυτός σημαίνει ότι είναι δυνατή η συλλογή όλων των δέντρων που υπάρχουν σε μια περιοχή μεταβλητού μεγέθους. Ανάλογα με την τοπική νομοθεσία, η περιοχή αυτή μπορεί να ανέρχεται από μερικά έως εκατοντάδες στρέμματα. Η αποψίλωση γενικά εφαρμόζεται σε ώριμα δάση (στο τέλος του κύκλου παραγωγής) και είναι συχνή στη βιομηχανική δασοπονία, όπως τα δάση κωνοφόρων στις Βόρειες χώρες ή στα δασύλλια πλατύφυλλων στις Μεσογειακές χώρες. Ένας γενικός κανόνας είναι ότι η αποψίλωση μειώνει το συνολικό κόστος και το κόστους της υπολειμματικής βιομάζας, η οποία είναι διαθέσιμη σε μεγάλες ποσότητες. Η διαθεσιμότητα βιομάζας αυξάνει ακόμα περισσότερο σε ορισμένες χώρες, όπως η Φινλανδία, όπου απομακρύνονται και τα πρέμνα ώστε να διευκολύνονται οι ακολουθούμενες εργασίες αναγέννησης του δάσους. Επιλεκτική κοπή ο όρος αυτός σημαίνει ότι ένα μεμονωμένο δέντρο ή ομάδες δέντρων κόβονται και απομακρύνονται από το δάσος. Αυτός ο τύπος διαχείρισης είναι συνήθης στη φυσική δασοπονία για την τελική κοπή ώριμων δέντρων (π.χ. σε πολλές Αλπικές χώρες). Καθώς στο δάσος παραμένουν όρθια δέντρα, η εργασία σε αυτές τις

3 Κεφάλαιο σελ. 3 συνθήκες είναι ακριβότερη (λιγότερο παραγωγική) και η συχνά η απομάκρυνση υπολειμματικής βιομάζας περιορίζεται για περιβαλλοντικούς ή τεχνικούς λόγους. Εκτός της απομάκρυνσης των ώριμων δέντρων, οι δασοπονικές εργασίες περιλαμβάνουν και άλλες δράσεις συλλογής, οι περισσότερες εκ των οποίων είναι αραιώσεις. Με την πρακτική αυτή, η πυκνότητα των νεαρών δέντρων μειώνεται ώστε να ενισχυθεί η ανάπτυξη των εναπομενόντων δέντρων και η ποιότητα (αγοραία αξία) των τελικών προϊόντων ξυλείας. Οι αραιώσεις έχουν μια προσέγγιση αντίστοιχη των επιλεκτικών κοπών (και σε δάση που θα αποψιλωθούν όταν ωριμάσουν), υπό την έννοια ότι μέρος των δέντρων απομακρύνονται από την περιοχή, ενώ τα υπόλοιπα αφήνονται για να εξελιχθούν σε μελλοντικά πολύτιμα δέντρα. Οι αραιώσεις είναι ακριβές εργασίες εξαιτίας των δύσκολων συνθηκών (τα εναπομένοντα δέντρα δεν πρέπει να υποστούν ζημιά) και της χαμηλής αξίας των απομακρυνόμενων δέντρων (συνήθως μικρών διαμέτρων). Η καύσιμη βιομάζα είναι συχνά το κύριο ή το μόνο εμπορεύσιμο προϊόν που παράγεται από εργασίες αραίωσης. Εικόνα : Παράδειγμα μιας εφοδιαστικής αλυσίδας που συνδυάζει την ξυλεία κορμού (κύριο προϊόν) με τα δασικά υπολείμματα όπως ρίζες και κλαδιά (Πηγή: Forest Energy Portal) Κύριος τύπος δασικής εργασίας Αποψίλωση (τελική κοπή) Επιλεκτική κοπή (τελική κοπή) Κύρια είδη Κορμοί (ή ολόκληρα δέντρα) Υπολείμματα (κλαδιά και κορυφές) Πρέμνα Κορμοί Υπολείμματα (σπάνια) Χαρακτηριστικά βιομάζας Δυνητικά μεγάλες ποσότητες Χαμηλή ποιότητα (πολύς φλοιός, βελόνες για τα κωνοφόρα), υγρή ή ξηρή ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τεχνική Μικρές ποσότητες Χαμηλή ποιότητα

4 Κεφάλαιο σελ. 4 Επιλεκτική κοπή (αραίωση) Κορμοί μικρής διαμέτρου Ενεργειακή ξυλεία (μικρά ολόκληρα δέντρα) Μικρές έως μεγάλες ποσότητες, ανάλογα με το μερίδιο της ενεργειακής ξυλείας Καλή ποιότητα (μεγάλο μερίδιο ξύλου), υγρή ή ξηρή ανάλογα με τις συνθήκες αποθήκευσης Πίνακας : Είδη βιομάζα ανάλογα με τον τύπο της δασικής εργασίας β: Μορφολογία εδάφους Η μορφολογία του εδάφους έχει σημαντική επίδραση στο κόστος των εργασιών συλλογής και στο τελικό κόστος ή τη διαθεσιμότητα των υπολειμμάτων που διατίθενται ως καύσιμη βιομάζα. Γενικά, τα επίπεδα εδάφη είναι πιο προσβάσιμα και είναι ευκολότερη η εφαρμογή της μηχανοποίησης ώστε να μειωθεί το κόστος και να αυξηθεί η παραγωγή προϊόντων μικρής αξίας, όπως η βιομάζα. Για επικλινή εδάφη οι συνθήκες εργασίες είναι σαφώς πιο δύσκολες, η πλήρης μηχανοποίηση δεν είναι πάντα εφαρμόσιμη (μέρος ή όλη η δουλειά χρειάζεται να γίνει «χειροκίνητα») και σε μερικές περιπτώσεις μόνο τα πολύτιμα μέρη απομακρύνονται από το έδαφος, αφήνοντας την υπολειμματική βιομάζα στο δάσος γ: Συστήματα εργασίας Πολλά διαφορετικά συστήματα εργασίας μπορούν να διακριθούν ανάλογα με τις τοπικές συνήθειες, τον τύπο και το βαθμό μηχανοποίησης, τις απαιτήσεις της αγοράς και τις συνθήκες εργασίας (εποχή, έδαφος, είδος δάσους και ηλικία, κτλ). Αν θέλουμε να μαζέψουμε τις κατηγοριές, η κύρια διαφορά έγκειται στο μεγέθους του υλικού που απομακρύνεται από τη δασική συστάδα: Συστήματα μικρού μήκος (Cut-to-length) τα δέντρα κόβονται και επεξεργάζονται (απομάκρυνση κλαδιών και οριζόντια κοπή) στο χωράφι. Το υλικό που απομακρύνεται είναι ήδη στο τελικό του μήκος, συνήθως κορμοί 2-4 μέτρων. Το σύστημα αυτό είναι πολύ συνηθισμένο στις Βόρεις χώρες και συνήθως πραγματοποιείται με θεριστές και προωθητές (αν και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ποικιλία εξοπλισμού, με ακραία περίπτωση την εκτέλεση όλης της εργασίας με αλυσοπρίονο). Τα υπολείμματα απομακρύνονται από τον κορμό σε ένα αρχικό στάδιο και συνήθως αμέσως μετά την κοπή του δέντρου, έτσι ώστε η βιομάζα θα είναι διάσπαρτη σε όλο το δάσος ή συγκεντρωμένη σε μικρούς σωρούς. Η συλλογή και η απομάκρυνση των υπολειμμάτων είναι ξεχωριστή από την απομάκρυνση των κορμών έτσι συνεπάγεται ένα πρόσθετο κόστος και μπορεί να γίνει με διαφορετικό εξοπλισμό και σε μεταγενέστερο χρόνο (π.χ. για λόγους οργάνωσης εργασίας ή για να πραγματοποιηθεί φυσική ξήρανση).

5 Κεφάλαιο σελ. 5 Εικόνα : Προωθητής (αριστερά) φορτωμένος με επεξεργασμένους κορμούς, δεξιά διακρίνεται ο θεριστής που χρησιμοποιείται για την κοπή και την επεξεργασία των δέντρων (Πηγή: Gianni Picchi). Συστήματος μήκους του δέντρου (Tree length) μετά την κοπή ολόκληρο το δέντρο απομακρύνεται από το δάσος. Η επεξεργασία πραγματοποιείται σε δεύτερη φάση, συνήθως σε ένα άνοιγμα ή στην άκρη του δρόμου. Με αυτή τη μέθοδο εργασίας τα υπολείμματα και τα πολύτιμα υλικά απομακρύνονται σε ένα μοναδικό βήμα, χωρίς πρόσθετο κόστος για τη βιομάζα. Η επεξεργασία δίνει τόσο ξυλεία (κορμοί, ξυλοπολτός, κτλ) και υπολείμματα (κορυφές, κλαδιά, μέρη ελαττωματικών κορμών) που μαζεύονται σε μεγάλους και εύκολα προσβάσιμους σωρούς. Το σύστημα αυτό είναι συχνό στις Άλπεις (όπου γίνει χρήση συστημάτων καλωδίων για απομάκρυνση των δέντρων) αλλά χρησιμοποιείται και σε άλλες περιοχές της Ευρώπης (Γαλλία, Γερμανία) όπου η απομάκρυνση των δέντρων γίνεται με κατάλληλα βαριά μηχανήματα (skidders) σε περιοχές με μέτρια κλίση εδάφους. Εξαιτίας της μικρότερης ευελιξίας φορτίων ολόκληρων δέντρων, το σύστημα αυτό εφαρμόζεται πιο εύκολα στις αποψιλώσεις (όπου έχει μεγαλύτερη παραγωγικότητα σε σχέση με τα συστήματα μικρού μήκους), ενώ στην επιλεκτική κοπή ή την αραίωση τα συρόμενα δέντρα μπορεί να τραυματίσουν τα εναπομένοντα δέντρα.

6 Κεφάλαιο σελ. 6 Εικόνα : Βαρύ όχημα για την απομάκρυνση ολόκληρων κορμών που έχουν κοπεί και κλαδευτεί χειροκίνητα (αριστερά) και απομάκρυνση ολόκληρων δέντρων με χρήση καλωδίων σε έδαφος μεγάλης (Πηγή: Carolina Lombardini). Η επιλογή ενός από τους εναλλακτικούς αυτούς τρόπους εργασίας εξαρτάται, μεταξύ άλλων παραγόντων, από τη διαθεσιμότητα μηχανημάτων, τις απαιτήσεις της αγοράς και τον τοπική νομοθεσία ως προς τις δασικές εργασίες. Γενικά, αν ο στόχος είναι η μεγιστοποίηση της παραγωγής υπολειμματικής βιομάζας πρέπει να προτιμάται η απομάκρυνση ολόκληρου του δέντρου, καθώς μειώνει το συνολικό κόστος. Σε κάθε περίπτωση, ο κίνδυνος της απώλειας θρεπτικών συστατικών από το έδαφος λόγω υπερβολικής απομάκρυνσης βιομάζας πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά. Κάθε δασική συστάδα έχει μια συγκεκριμένη ικανότητα να προσφέρει προϊόντα, συμπεριλαμβανομένης της βιομάζας, χωρίς να επηρεάζεται η γονιμότητα του εδάφους: σε μερικές περιπτώσεις, η απομάκρυνση βιομάζας πρέπει να αποφεύγεται ώστε τα πλούσια σε θρεπτικά υπολείμματα να αφήνονται να αποσυντεθούν στο σημείο κοπής. Εικόνα : Σχηματική σύγκριση των συστημάτων μικρού μήκους και ολόκληρων δέντρων (Πηγή: Forest Energy Portal).

7 Κεφάλαιο σελ. 7 Figure : Απομάκρυνση μέρους του δέντρο από το δάσος. Τα δέντρα επεξεργάζονται επιτόπου και η εμπορική ξυλεία και τα υπολείμματα στοιβάζονται σε διαφορετικούς σωρούς. Προκειμένου να καθαριστεί το άνοιγμα, είναι σημαντικό να απομακρυνθεί άμεσα ο σωρός του υλικού αυτό είναι και το βέλτιστο σημείο για τη μετατροπή των υπολειμμάτων σε δεμάτια ή τεμαχισμένα κομμάτια (Πηγή: Gianni Picchi) Ξυλώδης βιομάζα από αγροτικές δραστηριότητες Σε πολλές Ευρωπαϊκές χώρες, κυρίως στη Μεσόγειο, τα αγροτικά υπολείμματα ξυλώδους βιομάζας έχει μεγαλύτερο δυνητικό δυναμικό εν συγκρίσει με τη δασική βιομάζα. Για παράδειγμα, στην Ιταλία η ακόμα ανεκμετάλλευτη βιομάζα ανέρχεται σε 2.2 Mt το έτος από δασικά υπολείμματα και σε πάνω από 5.0 Mt ανά έτος από αγροτικά υπολείμματα (εξετάζοντας μόνο τη ξυλώδη βιομάζα). Αυτό το είδος της βιομάζας, αντίστοιχα με τα περισσότερα δασικά είδη, πρέπει να θεωρείται ως παραπροϊόν των κοινών διαχειριστικών εργασιών αγροτικών καλλιεργειών, όπως οι δέντρωνες, τα αμπέλια και οι ελαιώνες. Μπορεί να γίνει διάκριση μεταξύ των υπολειμμάτων από κλάδεμα, με μια σταθερή ετήσια παραγωγή μικρών ποσοτήτων βιομάζας ανά στρέμμα (0,1 0,6 τόνους υγρής βιομάζας ανά στρέμμα) και υπολείμματα από την εκρίζωση που πραγματοποιείται στο τέλος της εμπορικής ζωής της καλλιέργειας (μέχρι και 5 τόνους υγρής βιομάζας ανά στρέμμα). Και τα δυο υπολείμματα πρέπει να απομακρύνονται, αλλά διαφορετικές δυνατές λύσεις οδηγούν σε διαφορετικά κόστη βιομάζας α: Κλαδέματα Τα υπολείμματα κλαδεμάτων (αποτελούμενα κυρίως από μικρά κλαδιά) συνήθως χρησιμοποιούνται ως λίπασμα μεταξύ των σειρών ή καίγονται σε ανοιχτές εστίες. Και οι δυο τρόποι συνεπάγονται κόστος, ενώ ο δεύτερος είναι απαγορευμένος στις περισσότερες

8 Κεφάλαιο σελ. 8 Ευρωπαϊκές περιφέρειες εξαιτίας της ρύπανσης και του κινδύνου εκδήλωσης πυρκαγιών. Η ενσωμάτωση των υπολειμμάτων στο έδαφος συνεισφέρει στην αύξηση του οργανικού άνθρακα, ωστόσο μπορεί να διευκολύνει την εξάπλωση ασθενειών των καλλιεργειών. Έτσι, η συλλογή για χρήση στην παραγωγή ενέργειας γίνεται όλο και συχνότερη. Πολλά είδη εξειδικευμένων μηχανημάτων έχουν αναπτυχθεί για τη συλλογή και τη μετατροπή των κλαδεμάτων. Το τελικό προϊόν μπορεί να είναι ή μπάλες ή τεμαχισμένη βιομάζα. Το κόστος της βιομάζας εξαρτάται από τις συνθήκες εργασίες (πυκνότητα υπολειμμάτων, απόσταση μεταξύ σειρών, σύστημα παράδοσης) και την επιλογή του εξοπλισμού. Εικόνα : Εξειδικευμένος εξοπλισμός συλλογής αγροτικών κλαδεμάτων (Πηγή: Marco Fellin). Με εξοπλισμό συλλογής και τεμαχισμού (Εικόνα , αριστερά) μια διεργασία επιτυγχάνει πολλούς σκοπούς: συλλογή των κλαδεμάτων, τεμαχισμός, φόρτωση, απομάκρυνση και μεταφορά σε ένα μεταφορικό μέσο (π.χ. αγροτική καρότσα, κτλ). Με τους δεματοποιητές (Εικόνα , δεξιά) όλη η εφοδιαστική αλυσίδα αποτελείται από έναν αριθμό ξεχωριστών βημάτων: Ανάκτηση των κλαδεμάτων και δεματοποίηση Απομάκρυνση των δεμάτων, μεταφορά και / ή αποθήκευση Τεμαχισμός Η παραγωγή δεματιών είναι ακριβότερη καθώς συνεπάγεται την ανάμειξη πολλών μηχανημάτων σε διαφορετικά στάδια, ωστόσο επιτρέπει την εργασία σε δυσκολότερες συνθήκες («στενές» φυτείες) καθώς και την αποθήκευση και ξήρανση της βιομάζας. Η ποιότητα αυτού του υλικού ως καύσιμο είναι εν γένει χαμηλή. Εξαιτίας του μικρού μεγέθους των μικρών κλαδιών, ο λόγος φλοιού προς ξύλο είναι αρκετά μεγάλος, με συνέπεια τη μεγάλη περιεκτικότητα σε τέφρα (άνω του 2 4%). Το χαρακτηριστικό αυτό επιδεινώνεται από το γεγονός ότι τα κλαδέματα συνήθως σειριάζονται στο έδαφος για μια μεταβαλλόμενη περίοδο (από λίγες μέρες μέχρι μερικές εβδομάδες) με κίνδυνο της παρείσφρησης χώματος ή το φύτρωμα γρασιδιού ανάμεσα στα υπολείμματα πριν τη συλλογή

9 Κεφάλαιο σελ. 9 τους. Και τα δυο αυξάνουν την τελική περιεκτικότητα του καυσίμου σε τέφρα. Η περιεκτικότητα σε υγρασία είναι αντίστοιχη με αυτή των δασικών υπολειμμάτων (45-50 %), αλλά μπορεί να μειωθεί αποτελεσματικά αναβάλλοντας τη συλλογή και τη μείωση του μεγέθους μετά το κλάδεμα. Για παράδειγμα, τα κλαδέματα ελιών που μένουν στο χωράφι σειριασμένα για λίγες εβδομάδες μπορούν να εμφανίσουν μείωση της υγρασίας τους από το αρχικό 45% σε % (μια τιμή απόλυτα κατάλληλη για άμεση καύση). Τέλος, τα περισσότερα από τα μηχανήματα συλλογής χρησιμοποιούν σχίστες ή σπαστήρες ως εργαλεία μείωσης μεγέθους, με αποτέλεσμα την παραγωγή βιομάζας με ακανόνιστη και μάλλον αρκετά μεγάλη κατανομή μεγέθους. Εξαιτίας αυτών των χαρακτηριστικών, τα κλαδέματα από τέτοιες αγροτικές καλλιέργειες συνήθως εξετάζονται ως καύσιμο ενεργειακών μονάδων μεσαίας προς μεγάλης κλίμακας, οι οποίες μπορούν να προσαρμοστούν καλύτερα στα ποιοτικά τους χαρακτηριστικά β: Εκρίζωση υπολειμμάτων Αυτή η πρώτη ύλη, αποτελούμενη κυρίως από τα πρέμνα, είναι διαθέσιμη από τους αγρότες στην άκρη των δρόμων αφού απομακρυνθεί με χρήση εκσκαφέων. Μετά από μια μεταβλητή περίοδο αποθήκευσης, τα πρέμνα συλλέγονται από εξειδικευμένους εργολάβους, υφίστανται μείωση του μεγέθους με χρήση αλεστήρων ή σπαστήρων και μεταφέρονται στον τελικό χρήστη. Η περίοδος αποθήκευσης είναι εξαιρετικά σημαντική για τη βελτίωση της ποιότητας αυτού του υλικού, καθώς δίνει τη δυνατότητα φυσικής ξήρανσης και μερικής μείωσης της επιμόλυνσης με χώμα. Εάν η περίοδος αποθήκευσης είναι αρκετά μεγάλη (άνω των δυο μηνών), τότε η τελική υγρασία μπορεί να είναι κάτω του 30%, ενώ η παρουσία χώματος εξαρτάται από τον τύπο του εδάφους (μεγαλύτερη σε αργιλικά εδάφη). Η διαδικασία εκρίζωσης είναι γενικά ακριβή, ωστόσο το πρόσφατο ενδιαφέρον για αυτό τα υλικά ως πηγή βιομάζας έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη αρκετών ειδικών μηχανημάτων για την απομάκρυνση των ριζών. Εικόνα : Κοινή διαδικασία εκρίζωσης με χρήση εκσκαφέα (αριστερά) και μείωση μεγέθους πρεμνών με χρήση ενός αλεστήρα (δεξιά) (Πηγή: Gianni Picchi).

10 Κεφάλαιο σελ. 10 Εικόνα : Παραδείγματα εξειδικευμένου εξοπλισμού για εκρίζωση δενδρυλλίων με απομάκρυνση των ριζών (αριστερά) και απομάκρυνση ολόκληρου του δέντρου σε μια διέλευση (δεξιά) (Πηγή: Gianni Picchi) Ξυλώδεις ενεργειακές καλλιέργειες Οι ξυλώδεις ενεργειακές καλλιέργειες είναι μια αγροτική καλλιέργεια με αποκλειστικό σκοπό την παραγωγή βιομάζας. Ταχέως αναπτυσσόμενα ειδών δέντρων (συνήθως λεύκες, ιτιές και ευκάλυπτοι) μεγαλώνουν σε αροτραία γη με εντατική φροντίδα, που περιλαμβάνει χρήση λιπάσματος, άρδευση και έλεγχος παρασίτων και ασθενειών. Εξαιτίας των ευνοϊκών συνθηκών, το δυναμικό ανάπτυξης εκδηλώνεται πλήρως και είναι δυνατόν να ληφθούν ετήσιες αποδόσεις βιομάζας της τάξης των 1,5 ξηρών τόνων βιομάζας ανά στρέμμα (καλλιέργειες λεύκας στην Ιταλία). Η υψηλή παραγωγικότητα και η δυνατότητα της εγκατάστασης φυτειών κοντά σε μονάδα μετατροπής καθιστούν τις ενεργειακές καλλιέργειες μια πολύτιμη και στρατηγική πρώτη ύλη βιομάζας σε πυκνοκατοικημένες αγροτο-αστικές περιοχές. Αυτού του είδους οι φυτείες είναι κοινώς γνωστές ως Δασοπονικές καλλιέργειες μικρού περίτροπου χρόνου. Μπορούν να διακριθούν δυο ειδών φυτείες σύμφωνα με τις τρέχουσες τάσεις: αυτές με τον πράγματι μικρό περίτροπο χρόνο και αυτές του μέσου περίτροπου χρόνου. Οι δασοπονικές καλλιέργειες μικρού περίτροπου χρόνου (Short Rotation Forestry - SRF) θυμίζουν κοινές αγροτικές καλλιέργειες. Τα δέντρα φυτεύονται με πυκνότητα μεταξύ 1400 και 5500 φυτών ανά στρέμμα και θερίζονται με μια τροποποιημένη θεριζοαλωνιστική με συχνότητα κάθε 1-2 έτη. Τα πρέμνα παράγουν νέα βλαστάρια μετά το θερισμό και ανανεώνουν φυσικά τα δέντρα για μια μεταβλητή περίοδο κύκλων (συνήθως 5-7). Η βιομάζα εξάγεται από το χωράφι με τη μορφή τεμαχίων ξύλου και σε μεγάλε καρότσες που σέρνονται από τρακτέρ. Οι καρότσες αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απευθείας παράδοση της βιομάζας στον τελικό χρήστη εφόσον η απόσταση είναι λιγότερη από km. Αλλιώς, το φορτίο συγκεντρώνεται σε ένα επίπεδο μέρος και μεταφορτώνεται σε φορτηγά για την μεταφορά στον τελικό χρήστη. Η βιομάζα που συλλέγεται από τις καλλιέργειες αυτές έχει γενικά υψηλή υγρασία (πάνω από 60% για τις λεύκες, περίπου 45% για τον ευκάλυπτο) και η τιμή της στη αγορά είναι συνήθως χαμηλή.

11 Κεφάλαιο σελ. 11 Εικόνα : Θερισμός λευκών μικρού περίτροπου χρόνου με χρήση αγροτικού εξοπλισμού (Πηγή: Gianni Picchi). Εικόνα : Αλληλουχία εργασιών κατά την εφοδιαστική δασοπονικών καλλιεργειών μικρού περίτροπου χρόνου (Πηγή: Οι δασοπονικές καλλιέργειες μέσου περίτροπου χρόνου (Medium rotation coppice - MRC) είναι ένα υβρίδιο μεταξύ της προηγούμενης περίπτωσης και των ταχέως αναπτυσσόμενων καλλιεργειών ξυλείας που είναι συχνές σε ορισμένες χώρες (π.χ. φυτείες λεύκας στη Νότια Ευρώπη). Τα δέντρα φυτεύονται πάλι σε αροτραία γη αλλά σε μικρότερη πυκνότητα (περίπου 140 φυτά ανά στρέμμα) και θερίζονται με συχνότητα 5-6 ετών. Η ανανέωση ακόμα εξαρτάται από τη διαχείριση των δέντρων, ο θερισμός όμως πραγματοποιείται με δασικά μηχανήματα εξαιτίας του μεγαλύτερου μεγέθους των δέντρων (η διάμετρος στο ύψος του στήθους ξεπερνάει τα cm). Το πλεονέκτημα αυτών των φυτειών είναι η μεγαλύτερη ευελιξία στις αγορές (η βιομάζα είναι μόνο ένα από τα πιθανά προϊόντα, όπως ξυλεία για χαρτοπολτό ή για κοπή) καθώς και η δυνατότητα της αναβολής του τεμαχισμού για μετά την περίοδο αποθήκευσης, ώστε να ξηρανθεί φυσικά η βιομάζα και να βελτιωθεί η ποιότητά και η τιμή της.

12 Κεφάλαιο σελ. 12 Εικόνα : Θερισμός λευκών μέσου περίτροπου χρόνου σε αδρεύσιμη γη (Πηγή: Fabio De Francesco) Ξυλώδη βιομηχανικά υπολείμματα Σήμερα, τα ξυλώδη βιομηχανικά υπολείμματα είναι η κύρια πηγή καύσιμης βιομάζας σε πολλές χώρες. Ένας μεγάλος αριθμός κατασκευαστικών και μεταποιητικών βιομηχανικών παράγει ανεπεξέργαστα υπολείμματα βιομάζας, τα κυριότερα εκ των οποίων είναι: Η ξυλουργεία και άλλες βιομηχανικές ξύλου (π.χ. η βιομηχανία επίπλου) παράγουν ένα μεγάλο αριθμό ξυλωδών υπολειμμάτων είτε με τη μορφή στερεών κομματιών (τρίμματα, απορριπτόμενα κομμάτια, κτλ) είτε χύδην, χαλαρού υλικού (φλοιός, τεμάχια ξύλου, πριονίδι, κτλ). Τα στερεά υπολείμματα αποθηκεύονται, ξηραίνονται και αλέθονται εύκολα και θεωρούνται ως μια πηγή βιομάζας υψηλής ποιότητας. Ο φλοιός και το τεμαχισμένο ξύλο διαχωρίζονται γενικά κατά την αποφλοίωση της εισερχόμενης ξυλείας, και έτσι η τελική ποιότητά τους ως προς την περιεχόμενη τέφρας είναι πολύ ομογενής (χαμηλή για το τεμαχισμένο ξύλο, υψηλή για το φλοιό). Η υγρασία τους μπορεί να είναι μεγάλη ή μικρή ανάλογα με το αν η βιομηχανία διαχειρίζεται το ξύλο χωρίς ξήρανση (υγρό) ή αν χρησιμοποιεί ξηρό ξύλο. Το πριονίδι είναι η κύρια πρώτη ύλη για την παραγωγή πελλετών ξύλου και μπρικετών. Η βιομηχανία χαρτοπολτού παράγει φλοιό, το υγρό υπόλειμμα της διεργασίας Kraft (γνωστό ως black liquor) και άλλα υπολείμματα διεργασιών. Γενικά, αυτά τα υπολείμματα χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας για κάλυψη των απαιτήσεων της ίδιας της βιομηχανικής διεργασίας. Η βιομηχανία τροφίμων παράγει μια μεγάλη ποικιλία ξυλωδών καυσίμων, όπως κελύφη (καρύδια, αμύγδαλα, κτλ) ή πυρήνων (ελιές). Τα υπολείμματα αυτά μπορούν συχνά να χρησιμοποιηθούν χωρίς πρόσθετο μετασχηματισμό και σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να αποτελέσουν υποκατάστατο των πελλετών ξύλου. Περισσότερες πληροφορίες για αυτό το είδος βιομάζας δίνονται στο Κεφάλαιο

13 Κεφάλαιο σελ. 13 Τα κύρια πλεονεκτήματα των βιομηχανικών υπολειμμάτων βιομάζας είναι η υψηλή αξιοπιστία, η ομογενής ποιότητας και η ευκολία στον προγραμματισμό της προμήθειας καυσίμου, καθώς δεν επηρεάζονται από τις καιρικές συνθήκες ή άλλους εξωτερικούς παράγοντες. Επίσης, η σύναψη συμβολαίων είναι ευκολότερη, καθώς ένας ή λίγοι προμηθευτές μπορούν να εξασφαλίσουν το απαιτούμενο καύσιμο καθ όλη τη διάρκεια της χρονιάς Ξυλώδη απόβλητα νοικοκυριών Τα οικιακά απόβλητα (όπως εξετάζονται στο Κεφάλαιο 01-04) αποτελούνται από διάφορα κλάσματα απορριμμάτων που παράγονται σε μονοκατοικίες ή πολυκατοικίες. Και αυτά μπορούν να αποτελούν μια πολύτιμή πηγή λιγνοκυτταρινούχας βιομάζας. Τέτοιου είδους ξυλώδη απόβλητα προέρχονται συνήθως από παλιά έπιπλα, κατασκευές τύπου «φτιάξτο μόνος σου», ξύλινα υλικά συσκευασίας και απορριπτόμενη ξυλεία από ανακαινίσεις οικιών. Στο τελευταίο στάδιο του κύκλου ζωής του, το απόβλητο φτάνει σε έναν κοινοτικό σταθμό συλλογής απορριμμάτων. Στο Κεφάλαιο περιγράφονται περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το χειρισμό τέτοιων καυσίμων (συλλογή, μεταφορά, μείωση μεγέθους και επεξεργασία). Το σημαντικό θέμα, από την άποψη της εφοδιαστικής αλυσίδας, είναι η χρήση πρόσθετων διεργασιών για το διαχωρισμό αυτού του κλάσματος τόσο στο σταθμό συλλογής απορριμμάτων ή/και μετά τον τεμαχισμό/αλεσή του. Εικόνα : Απόβλητα ξύλου συλλεχθέντα από νοικοκυριά και αποθηκευμένα σε ένα κοινοτικό σταθμό συλλογής απορριμμάτων (Πηγή: Marco Fellin) Απορριπτόμενη ξυλεία από οικοδομές Τα απόβλητα οικοδομών προέρχονται από υλικά που αποβάλλονται κατά τη διάρκεια της κατασκευής, της μετατροπής ή της επιδιόρθωσης κατασκευών. Η ξυλεία κατεδαφίσεων προέρχεται από οικήματα ή άλλες κατασκευές που γκρεμίζονται. Τα χαρακτηριστικά αυτών των καυσίμων είναι γενικά αντίστοιχα με αυτά που προέρχοναι από τα νοικοκυριά, με την

14 Κεφάλαιο σελ. 14 κύρια διαφορά να βρίσκεται στον τρόπο συλλογής του υλικού. Η απορριπτόμενης ξυλεία συλλέγεται συνήθως απευθείας στο χώρο της οικοδομής. Η διαλογή του υλικού είναι μια άλλη τυπική διεργασία που σχετίζεται με την αξιοποίηση της απορριπτόμενης ξυλείας των οικοδομών Μετατροπή, αποθήκευση και μεταφορά της βιομάζας Η βιομάζα μπορεί να είναι διαθέσιμη σε διαφορετικές μορφές ανάλογα με την προέλευσή της. Μικρά και μεγάλα κλαδιά είναι πολύ συχνά στα δασικά ή στα αγροτικά υπολείμματα (κλαδέματα). Ολόκληρα δέντρα ή κορμοί παράγονται κυρίως από δασοπονικές εργασίες, όπως επίσης και φλοιός (π.χ. με χρήση αποφλοιωτών κατά την επεξεργασία ξυλείας) και πρέμνα. Αυτή η πρώτη ύλη μπορεί να υποστεί πρόσθετους μετασχηματισμούς κατά μήκος της εφοδιαστικής αλυσίδας, οδηγώντας τελικά σε μια ποικιλία προϊόντων που παραδίδονται στους τελικούς χρήστες (Πίνακας ). Η μετατροπή πρέπει να γίνεται όσο το δυνατόν νωρίτερα στην αλυσίδα παραγωγής ώστε να βελτιώνεται η απόδοση στο χειρισμό και στη μεταφορά. Μερικές μορφές μετατροπής ενισχύουν και την ικανότητα αποθήκευσης των υπολειμμάτων. Αυτό συμβαίνει συνήθως με τα δασικά υπολείμματα (κορυφές και κλαδιά), που είναι εν γένει δύσκολα στο χειρισμό και ογκώδη, καθιστώντας έτσι τις διεργασίες χειρισμού τους αναποτελεσματικές και ακριβές σε σχέση με άλλα τμήματα της βιομάζας. Για το λόγο αυτό, η απόσταση που διανύεται κατά το στάδιο της απομάκρυνσης από το δάσος των χύδην αυτών υλικών (αν δε σχετίζεται με άλλα μέρη της ξυλείας) πρέπει να είναι κατά το δυνατόν μικρότερη. Εικόνα : Απομάκρυνση «χαλαρών» υπολειμμάτων με χρήση ενός προωθητή (Πηγή: Raffaele Spinelli).

15 Κεφάλαιο σελ. 15 Τύπος βιομάζας «Χαλαρά» υπολείμματα (κορυφές / κλαδιά, κλαδέματα) Ενεργειακή ξυλεία (ολόκληρα δέντρα μικρής διαμέτρου ή κορμοί) Χύδην πυκνότητα Πολύ χαμηλή Ικανότητα αποθήκευσης (σε άνοιγματα/άκρες δρόμων Χαμηλή προς Μέση (εάν καλυφθεί) Ποιότητα καυσίμου Χαμηλή Μέση προς Υψηλή Μέση προς Υψηλή Υψηλή Δεμάτια Υψηλή Υψηλή Χαμηλή προς Υψηλή Ρίζες Χαμηλή προς Μέση Υψηλή Χαμηλή Τεμαχισμένο/πριονισμένο καύσιμο Υψηλή Χαμηλή Πίνακας : Κύρια χαρακτηριστικά των τύπων υλικών δασικής βιομάζας Χαμηλή προς Υψηλή (ανάλογα την πρώτη ύλη) Πριν τη μεταφορά, ή ακόμα και πριν την απομάκρυνση, τα υπολείμματα πρέπει να μετασχηματίζονται μέσω τεμαχισμού ή δεματοποίησης, δυο διεργασίες που αμφότερες στοχεύουν στην αύξηση της χύδην πυκνότητας του υλικού. Τα πλεονεκτήματα της συμπίεσης της βιομάζας είναι προφανή σε κάθε στάδιο της εφοδιαστικής αλυσίδας, παρουσιάζονται πάντως ευκολότερα κατά το στάδιο της μεταφοράς (Εικόνα ). Ο μετασχηματισμός των υπολειμμάτων αυξάνει την απόδοση (το φορτίο σε αυτή την περίπτωση), τριπλασιάζοντας τη μάζα υλικού που μπορεί να φορτωθεί στον ίδιο όγκο φόρτωσης. Εικόνα : Χύδην πυκνότητα διαφορετικών μερών της δασικής βιομάζας εν συγκρίσει με την πυκνότητα του στερεού ξύλου (100%) και η επίδρασή της στην απόδοση φόρτωσης.

16 Κεφάλαιο σελ. 16 Τεμαχιστές και σπαστήρες είναι διαθέσιμοι σε μια μεγάλη ποικιλία μηχανημάτων. Η εργασία αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί από την αρχή ακόμα της εφοδιαστικής αλυσίδας ή αμέσως πριν την μετατροπή της βιομάζας σε ενέργεια. Στις Βόρειες χώρες είναι συχνή η χρήση τεμαχιστών-προωθητών, οι οποίοι εισέρχονται στη δασική περιοχή, συλλέγουν τα υπολείμματα, τα τεμαχίζουν και τα φορτώνουν σε κάδο. Όταν ο κάδος γεμίσει, τα υπολείμματα αδειάζονται στην άκρη του δρόμου και μεταφέρονται σε ένα φορτηγό για οδική μεταφορά. Εναλλακτικά, ολόκληρα δέντρα ή κορμοί απομακρύνονται από το δάσος, μεταφέρονται στον τελικό χρήστη και αποθηκεύονται ως μια στρατηγική πρώτη ύλη υψηλής ποιότητας ξηρής βιομάζας. Η μείωση του μεγέθους πραγματοποιείται με έναν τεμαχιστή/σπαστήρα σταθερής βάσης αμέσως πριν την καύση. Συνήθως οι τεμαχιστές είναι ελαφρύτερες μονάδες από τους σπαστήρες, πιο ευέλικτοι και προσαρμόσιμοι και παράγουν καύσιμο ανώτερης ποιότητας. Οι σπαστήρες χρησιμοποιούνται όταν αναμένεται μεγάλο ποσοστό ακαθαρσιών στην πρώτη ύλη (χώμα, πέτρες, κτλ) και είναι απαραίτητη η χρήση μιας ανθεκτικής και αξιόπιστης συσκευής για τη μείωση του μεγέθους. Εικόνα : Τεμαχισμός ολόκληρων δέντρων και φόρτωση της βιομάζας απευθείας σε φορτηγό μεγάλου όγκου (Πηγή: Gianni Picchi). Εάν από την άποψη της λειτουργικότητας ο τεμαχισμός (ή το σπάσιμο) της βιομάζας πρέπει να γίνει όσο το δυνατόν νωρίτερα στην εφοδιαστική αλυσίδα, το ακριβώς αντίθετο ισχύει από την άποψη της ποιότητας. Ο τεμαχισμός πρέπει να γίνεται ακριβώς πριν την εισαγωγή της βιομάζας στη διεργασία μετατροπής ενέργειας. Ο λόγος είναι ότι τα ολόκληρα δέντρα, οι κορμοί, ακόμα και τα κλαδιά, προστατεύονται από το φλοιό ενάντια σε μικροβιακές επιθέσεις και η εκτεθειμένη επιφάνειά τους είναι μικρή (συνήθως μόνο τα σημεία τομής), ενώ το αντίθετο συμβαίνει για την τεμαχισμένη βιομάζα. Αποτέλεσμα αυτού είναι ότι, κατά την αποθήκευση ολόκληρων των υπολειμμάτων, η φυσική ξήρανση είναι πιο προφανής διεργασία από την αποσύνθεση της βιομάζας εξαιτίας βιολογικής δραστηριότητας. Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα είναι ότι τα υπολείμματα αειθαλών δέντρων (κωνοφόρα, ελιές, ευκάλυπτοι, κτλ) τείνουν να χάσουν τα φύλλα ή τις βελόνες τους κατά την αποθήκευση. Έτσι βελτιώνεται η ποιότητα του καυσίμου και πολύτιμα θρεπτικά συστατικά που περιέχονται σε αυτά τα μέρη επιστρέφουν στο δάσος ή το χωράφι. Από την άλλη, τα τεμαχισμένα κομμάτια ξύλου γίνονται στόχος γρήγορης επίθεσης από μύκητες, που προκαλούν μεγάλες απώλειες βιομάζας σε

17 Κεφάλαιο σελ. 17 μεγάλους σωρούς υγρού υλικού (μέχρι και 30% της αρχικής βιομάζας). Ο φλοιός προστατεύει επίσης το υλικό από την απορρόφηση ατμοσφαιρικού νερού (χιόνι, βροχή), ενώ το εκτεθειμένο ξύλο τείνει να είναι υγροσκοπικό και να αυξάνεται η υγρασία του αν αποθηκεύεται ακάλυπτο. Η υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία είναι απαραίτητη για την αναπαραγωγή των μυκήτων, έτσι ο καλύτερος τρόπος διατήρησης του τεμαχισμένου ξύλου είναι η ξήρανσή του (σε ποσοστά υγρασίας 30-35% ή μικρότερα) και η αποθήκευσή τους σε μια σκεπασμένη και αερισμένη περιοχή, πιθανώς και με καλυμμένη επιφάνεια. Το μέγεθος του σωρού είναι επίσης σημαντικό, καθώς ο κίνδυνος αποσύνθεσης ή και αυτανάφλεξης εξαρτάται από τη μάζα του ξύλου που περικλείεται σε αυτόν. Σε μερικές χώρες, το μέγεθος του σωρού θεωρείται παράγοντας επικινδυνότητας και μεγάλες μάζες (5000 m 3 για την περίπτωση της Ιταλίας) απαιτούν την παρουσία μέσων πυρόσβεσης και μόνιμου ελέγχου, και προφανώς αυτό συνεπάγεται πρόσθετα κόστη. Παράγοντας Πώς επηρεάζει; Περιεχόμενη υγρασία High Χαμηλή Μέγεθος σωρού Μεγάλος Μικρός Κατανομή μεγέθους Λεπτόκοκκο Χονδρόκοκκο Απώλειες βιομάζας Υψηλές Χαμηλές Πίνακας : Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη δυνατότητα αποθήκευσης τεμαχισμένου ξύλου Στη Σουηδία, ασφαλιστικές εταιρείες έχουν συμφωνήσει να θέσουν άνω όρια στο ύψος του σωρού και του χρόνου αποθήκευσης σύμφωνα με τον ακόλουθο πίνακα. Η κύρια διάκριση αφορά σωρού που έχουν συμπιεστεί (δηλαδή αφού περάσει από πάνω τους ένα τρακτέρ) και σωρούς που είναι «χαλαρά» στοιβαγμένοι. Τα μεγέθη του πίνακα αφορούν το μέγιστο μήκος σε μέτρα και το μέγιστο χρόνο αποθήκευσης σε μήνες για τεμάχια από διάφορες δασικές πρώτες ύλες και, για τις δυο τελευταίες γραμμές, από βιομηχανικά υπολείμματα. Ο περιοριστικός παράγοντας είναι ο κίνδυνος αυτανάφλεξης, ο οποίος γίνεται και μεγαλύτερος όσο θερμότερο είναι το κλίμα. Έτσι, στη Νότια Ευρώπη, το ύψος και ο χρόνος πρέπει να είναι μειωμένοι σε σχέση με τις τιμές του πίνακα. Πρώτη ύλη για παραγωγή τεμαχίων ξύλου «Χαλαρό» υλικό Συμπιεσμένο υλικό Μέγιστο ύψος Μέγιστος χρόνος Μέγιστο ύψος Μέγιστος χρόνος Αποφλοιωμένο ξύλο κορμού, γενικά Ξύλο κορμού με φλοιό, γενικά Ολόκληρα δέντρα, πλατύφυλλα Ολόκληρα δέντρα, κωνοφόρα Υπολείμματα υλοτομίας 7 6 ΑΠΑΓΟΡΕΥΕΤΑΙ Φλοιός Πριονίδι Τρίμματα κοπής Πίνακας : Όρια σουηδικών ασφαλιστικών εταιρειών για την αποθήκευση τεμαχισμένου ξύλου

18 Κεφάλαιο σελ. 18 Εικόνα : Δασικά υπολείμματα στοιβαγμένα στην άκρη του δρόμου και σκεπασμένα με χάρτινη βιομάζα (δεξιά, Σουηδία), αυτό το είδος καλύμματος μπορεί να τεμαχιστεί απευθείας μαζί με την ξυλώδη βιομάζα και να παραδοθεί ως καύσιμο (δεξιά, Φινλανδία) διευκολύνοντας έτσι το στάδιο μείωσης μεγέθους. (Πηγή: Gianni Picchi). Η αποθήκευση βιομάζας είναι βασική για την εξασφάλιση σταθερής τροφοδοσίας καυσίμου, ιδίως σε μεγάλης κλίμακας καταναλωτές, και για τη βελτίωση της ποιότητας του καυσίμου μέσω της φυσικής μείωσης της περιεχόμενης υγρασίας. Σε κάθε περίπτωση όμως, οι επιπτώσεις της αποθήκευσης πρέπει να αξιολογούνται προσεκτικά. Η εικόνα δείχνει τη δυναμική της ξήρανσης βιομάζας ως προς τις αλλαγές στο ενεργειακό περιεχόμενο και τη συνολική μάζα. Ξεκινώντας με μια δεδομένη ποσότητα προϊόντος με υγρασία 50% (επί υγρού), η μείωση στην εμπορεύσιμη μάζα είναι τριπλάσια από το όφελος στο ενεργειακό περιεχόμενο. Αυτή είναι μια φυσική και προφανής τάση, ωστόσο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν σχεδιάζεται ένα σύστημα προμήθειας βιομάζας.

19 Κεφάλαιο σελ. 19 Εικόνα : Αλλαγές στο βάρος και ενεργειακό περιεχόμενο βιομάζας κατά τη φυσική ξήρανση Ως μια εναλλακτική του τεμαχισμού, η χύδην πυκνότητα των ξυλωδών υπολειμμάτων μπορεί να αυξηθεί με την τεχνολογία δεματοποίησης. Αυτή η λύση είναι κοινή στον αγροτικό τομέα, αλλά σχετικά καινούρια στη δασική βιομάζα. Επιτρέπει τη συμπίεση των υπολειμμάτων σε «ανασυντεθειμένους κορμούς» (μήκους περίπου 3 μέτρων και 70 cm διαμέτρου), οι οποίοι μπορούν να διαχειριστούν με το συνήθη εξοπλισμό για ξυλεία (γερανοί, προωθητές, φορτηγά). Γενικά, η δεματοποίηση πραγματοποιείται στο δάσος, βελτιστοποιώντας έτσι όλες τις μετέπειτα εργασίες. Για παράδειγμα, ο τεμαχισμός των δεματιών έχει διπλάσια παραγωγικότητα σε σχέση με την ίδια δράση στα αρχικά, χύδην υπολείμματα. Η χρήση δεματιών μειώνει την απαιτούμενη επιφάνεια αποθήκευσης, καθώς είναι συμπιεσμένα και εύκολο να στοιβαχθούν σε μεγάλους σωρούς. Η μικροβιακή δραστηριότητα των δεματιών είναι περιορισμένη, καθώς το υλικό είναι σχετικά ανέπαφο, αλλά τα υψηλά επίπεδα συμπίεσης περιορίζουν τη φυσική ξήρανση, η οποία απαιτεί περισσότερο χρόνο σε σχέση με τα χύδην υπολείμματα. Για το λόγο αυτό, η τελική ποιότητα της δεματοποιημένης δασικής βιομάζας τείνει να είναι μάλλον χαμηλή. Καθώς η δεματοποίηση συνεπάγεται ένα πρόσθετο βήμα (και κόστος) στην εφοδιαστική αλυσίδα, η πιθανότητα να ενσωματωθεί ένα τέτοιο σύστημα πρέπει να αξιολογείται προσεκτικά. Σε πολλές περιπτώσεις, τα οφέλη της δεματοποίησης γίνεται περισσότερο αντιληπτά σε μεγάλες βιομηχανικές εφοδιαστικές αλυσίδες, όπου η εφοδιαστική διαδραματίζει σημαντικότερο ρόλο.

20 Κεφάλαιο σελ. 20 Εικόνα : Δεματοποίηση χαλαρών υπολειμμάτων στη Βόρεια Ισπανία (αριστερά). Τα δεμάτια κατόπιν μεταφέρονται με έναν προωθητή στην άκρη του δρόμου όπου η φόρτωση σε ένα κοινό φορτηγό για μεταφορά κορμών ολοκληρώνει αυτόνομα τη διεργασία παράδοσης (Πηγή: Gianni Picchi) Διεργασίες για ξυλώδη βιομάζα Οι διεργασίες στις οποίες παραδίδεται τελικά το καύσιμο είναι συνήθως: Μονάδες καύσης μπορεί να είναι οποιουδήποτε μεγέθους, από ένα μεμονωμένο νοικοκυριό μέχρι μονάδες συμπαραγωγής των 500 MW Μονάδες αεριοποίησης Σημειώνεται ότι προς το παρόν, η τεχνολογία καύσης είναι πολύ πιο εκτεταμένη σε σχέση με αυτή της αεριοποίησης και οι μονάδες καύσης αντίστοιχα είναι πολυπληθέστερες. Πάντως, οι εντατικές έρευνες στον τομέα της αξιοποίησης της λιγνοκυτταρινούχας βιομάζας δίνουν υποσχόμενα αποτελέσματα όσον αφορά την περαιτέρω βιομηχανοποίηση της τεχνολογίας αεριοποίησης. Όπως περιγράφεται στο Κεφάλαιο 04-01, ακόμα κι αν η κυτταρίνη αποδομείται πολύ αργά (και η λιγνίνη είναι σχεδόν μη αποδομήσιμη), αρκετές τεχνολογίες βιοχημικής επεξεργασίας έχουν αναπτυχθεί εσχάτως. Αυτές οι τεχνολογίες δεν είναι ακόμα έτοιμες για βιομηχανική εφαρμογή, αν και αναμένεται να ωριμάσουν στο σύντομο μέλλον και να αποτελέσουν εναλλακτικές λύσεις ως προς την καύση Θέματα σχεδιασμού Ο σχεδιασμός για τη χρήση λιγνοκυτταρινούχας βιομάζας ως βασικού καυσίμου σε ένα αειφόρο ενεργειακό σύστημα πρέπει να ξεκινάει πάντα από την ταυτοποίηση και χαρτογράφηση των τοπικών και περιφερειακών πόρων: Απόβλητα ξυλεία από νοικοκυριά, καθώς και η ξυλεία κατεδαφίσεων (βλέπε και ) μπορεί να είναι παρούσα σε κάθε περιοχή, ανεξαρτήτως της ύπαρξης δασών αλλά δεν είναι συνήθως μια πρώτη ύλη σε αφθονία. Το μειονέκτημα είναι ότι τα παλιά έπιπλα ή στηρίγματα τοίχων - για παράδειγμα - μπορεί να περιέχουν μπογιές ή άλλες

21 Κεφάλαιο σελ. 21 εμποτισμένες χημικές ουσίες που να απαιτούν το χαρακτηρισμό του καυσίμου ως μη καθαρή βιομάζα αλλά την καύση του σε μονάδες αποτέφρωσης αποβλήτων. Υπολείμματα δασών και της βιομηχανίας ξύλου ( ) μπορεί να είναι έτοιμα για χρήση ως καύσιμο χωρίς πρόσθετη επεξεργασία. Αποτελούνται κυρίως από ξυλεία κορμού, είναι συνήθως ξηρά, εύκολα στην αποθήκευση και τη μείωση μεγέθους και θεωρούνται ως πηγή βιομάζας υψηλής ποιότητας. Το πριονίδι, μαζί με άλλα υπολείμματα κοπής ξυλείας, σε περίπτωση που είναι διαθέσιμα σε αρκετά μεγάλες ποσότητες είναι η κύρια πρώτη ύλη για την παραγωγή πελλετών και μπρικετών ξύλου και μπορεί να προσφέρουν ένα πρόσθετο εισόδημα στις βιομηχανίες ξύλου καθώς και ένα «εισόδημα εξαγωγών» στην περιφέρεια. Τα βιομηχανικά υπολείμματα είναι συνήθως διαθέσιμα σε σταθερές ποσότητες από χρονιά σε χρονιά και η αξιοπιστία, η ομοιογένεια στην ποιότητα και η ευκολία στο «στήσιμο» της συλλογής και της προμήθειας από εμπορικούς φορείς καθιστούν αυτή την πρώτη ύλη ιδιαίτερα ελκυστική. Σε περιοχές με πυκνή δασική κάλυψη, μια κύρια πηγή βιομάζας είναι τα υπολείμματα υλοτομίας και δασοπονικών εργασιών, όπως οι αραιώσεις. Η ποιότητα του καυσίμου εξαρτάται επομένως ισχυρά από την ενσωμάτωση της παραγωγής του καυσίμου στις δασικές εργασίες, όπως περιγράφεται στις ενότητες α και γ, ενώ το συνολικό κόστος επηρεάζεται επίσης και από τοπογραφικούς περιορισμούς, όπως περιγράφεται στην ενότητα β. Για τις αραιώσεις, η βιομάζα που απομακρύνεται δεν έχει συνήθως καμία άλλη χρησιμότητα εκτός από καύσιμο. Για εφαρμογές αξιοποίησης δασικής βιομάζας μεγάλης κλίμακας, ο ανταγωνισμός μεταξύ του ενεργειακού τομέα και των αναγκών άλλων βιομηχανιών που τροφοδοτούνται με δασικές πρώτες ύλες πρέπει να εξετασθεί. Τέλος, ο κίνδυνος της μείωσης της γονιμότητας του εδάφους μέσω της απομάκρυνσης θρεπτικών ουσιών πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά και μέτρα διατήρησης της παραγωγικότητας της δασικής γης πρέπει να ενσωματώνονται από το στάδιο του σχεδιασμού. Σε περίπτωση που η απομάκρυνση των δασικών υπολειμμάτων σχεδιάζεται και συντονίζεται καταλλήλως, είναι δυνατή η χρήση τους σε μονάδες καύσης βιομάζας μεγάλης κλίμακας, δυναμικότητας που φτάνει ή και ξεπερνάει τα 500 MWth. Σε μερικές περιοχές, οι φυτείες ταχέως αναπτυσσόμενων δέντρων (λεύκες, ιτιές, ευκάλυπτοι, κτλ) αποτελούν μια ενδιαφέρουν εναλλακτική για την παραγωγή λιγνοκυτταρινούχας βιομάζας για τον ενεργειακό τομέα. Η υψηλή παραγωγικότητα και η δυνατότητα της εγκατάστασης των καλλιεργειών πλησίον της ενεργειακής μονάδας καθιστούν τις ενεργειακές καλλιέργειας μια πολύτιμη και στρατηγική πρώτη ύλη βιομάζας σε αγρο-αστικές περιοχές με μεγάλους πληθυσμούς. Η τεχνική αυτή περιγράφεται με περισσότερη λεπτομέρεια στην ενότητα και μπορεί να δώσει αποδόσεις μέχρι και 1,5 τόνων ξηρής βιομάζας ανά στρέμμα και έτος ακόμα και σε περιοχές όπου ο ρυθμός ανάπτυξης της δασικής βιομάζας δεν ξεπερνάει τους 0,4 τόνους ανά στρέμμα και έτος, όπως η Ιταλία, η Ισπανία και η Ελλάδα. Τα καύσιμα αυτά, από την άποψη της εφοδιαστικής αλυσίδας, κατηγοριοποιούνται ως αγροτικά καύσιμα. Άλλα λιγνοκυτταρινούχα καύσιμα από τη γεωργία είναι τα κλαδέματα και πρέμνα/ρίζες από δενδρώδεις καλλιέργειες όπως μηλιές, ελαιώνες και αντίστοιχα, συμπεριλαμβανομένων των αμπελιών. Καθώς μερικά από αυτά τα υλικά είναι λεπτά, με υψηλό λόγο φλοιού προς κορμού (βλέπε ), ενώ άλλα απομακρύνονται μέσα από το έδαφος, μπορεί να θεωρηθεί ότι η περιεκτικότητα σε τέφρα θα είναι υψηλή και, επομένως, αυτά τα είδα καυσίμων απαιτούν ειδική προσοχή. Ενώ αυτές οι πρώτες ύλες μπορεί να είναι σημαντικές σε περιφερειακό επίπεδο, οι συνολικές ποσότητες είναι

22 Κεφάλαιο σελ. 22 περιορισμένες και κατάλληλες για την τροφοδοσία μονάδων μέσης κλίμακας παρά μεγάλης. Ορισμένα από τα υλικά που προέρχονται από γεωργικές δραστηριότητες μπορεί να είναι δεματοποιημένα έτσι ώστε να μειώνεται το κόστος μεταφοράς. Ωστόσο, τα οφέλη της δεματοποίησης γίνονται περισσότερο προφανή σε μεγάλες βιομηχανικές εφοδιαστικές αλυσίδες, όπου το κόστος της εφοδιαστικής έχει μεγαλύτερο ρόλο. Έτσι ο συντονισμός της τροφοδοσίας είναι απαραίτητος προκειμένου να φτάσει κανείς σε ποσότητες αρκετά μεγάλες ετήσιες ποσότητες ώστε να είναι δυνατή η ορθολογικότερη εκμετάλλευσή τους. Γενικά, κάθε διεργασία αναβάθμισης, όπως η ξήρανση ή η δεματοποίηση με μια εξαίρεση πρέπει να λαμβάνει χώρα όσο το δυνατόν νωρίτερα στην εφοδιαστική έτσι ώστε να ενισχύεται η απόδοση του χειρισμού και της μεταφοράς. Η εξαίρεση είναι η μείωση μεγέθους (με τεμαχιστές, σχίστες, σπαστήρες) του υγρού υλικού. Όπως αναφέρθηκε στην , η αποθήκευση είναι βασικό μέρος της εφοδιαστικής αλυσίδας ενός βιοκαυσίμου. Η αποθήκευση μπορεί να σχεδιάζεται για τεμαχισμένο ξύλο, για κορμούς ή για το υλικό όπως εξάγεται από το σημείο παραγωγής. Η αποθήκευση τεμαχίων ξύλου για μακρόχρονη περίοδο πρέπει να αποφεύγεται για πολλούς λόγους, που περιγράφονται με λεπτομέρεια στην ενότητα και συνοψίζονται στον Πίνακα