Κεφάλαιο 03-00 σελ. 1 03-00: Βιομάζα για παραγωγή ενέργειας Γενικά ζητήματα εφοδιαστικών αλυσίδων Μια από τις κύριες διαφορές μεταξύ της βιομάζας και των ορυκτών καυσίμων είναι ότι η βιομάζα παραμένει όχι μόνο χημικά ενεργή κατά μήκος της εφοδιαστικής αλυσίδας αλλά και βιολογικά ενεργή, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα που μπορούν να θεωρηθούν ως βιολογικά αδρανή. Το γεγονός αυτό επηρεάζει τους κινδύνους κατά το χειρισμό και την αποθήκευση της βιομάζας, κυρίως λόγω της αποικοδόμησης λόγω βιολογικής δραστηριότητας της βιομάζας κατά την αποθήκευση, ενώ κατά την ίδια περίοδο παρατηρείται συσσώρευση αλλεργιογόνων σπόρων. Η βιολογική δραστηριότητα μεταβάλλει τη σύσταση του καυσίμου και έχει άμεση επίδραση στην κατανομή της υγρασίας στους σωρούς του υλικού. Σε περίπτωση αποθήκευσης σε κλειστούς χώρους, η βιολογική δραστηριότητα μειώνει τη συγκέντρωση του οξυγόνου στον αέρα με αποτέλεσμα να δημιουργείται ο κίνδυνος ασφυξίας κατά την είσοδο στο χώρο. Τα προϊόντα της αποσύνθεσης μπορεί επίσης να είναι δηλητηριώδη, όπως το μονοξείδιο του άνθρακα ή το υδρόθειο, ή εκρηκτικά, όπως το μεθάνιο. Η θερμοκρασιακή αύξηση της βιολογικής δραστηριότητας μπορεί ακόμα και να οδηγήσει σε αυτανάφλεξη. Η διαδικασία αυτανάφλεξης σε σωρούς βιομάζας δεν είναι απόλυτα γνωστή. Γενικά πάντως πιστεύεται ότι οι πρώτες φάσεις οφείλονται σε βιολογική δραστηριότητα ακολουθούμενες και μερικώς ενεργώντας παράλληλα με χημικές αντιδράσεις έκλυσης θερμότητας. Ο κίνδυνος αυτανάφλεξης υπάρχει και στα ορυκτά καύσιμα, ιδίως στην περίπτωση της αποθήκευσης άνθρακα. Στις περιπτώσεις αυτές όμως, η κύρια αιτία είναι χημικές αντιδράσεις και όχι η βιολογική δραστηριότητα. Αντιστοίχως, η έκλυση επικίνδυνων αερίων κατά την αποθήκευση ορυκτών καυσίμων θεωρείται ότι προέρχεται πρωτίστως από χημικές αντιδράσεις και όχι βιολογική δραστηριότητα. Η δεύτερη ειδοποιός διαφορά μεταξύ των ορυκτών καυσίμων και των βιοκαυσίμων σχετίζεται με τη συγκέντρωσή τους στο σημείο παραγωγής. Για τα ορυκτά καύσιμα, το σημείο εξαγωγής καθορίζεται αποκλειστικά από τη συγκέντρωση αν η συγκέντρωση είναι αρκετά μεγάλη ώστε η παραγωγή του καυσίμου να είναι οικονομική τότε το καύσιμο εξάγεται από οποιοδήποτε σημείο, είτε στη θάλασσα, είτε στην έρημο είτε οπουδήποτε αλλού. Η παραγωγή βιοκαυσίμων είναι πιο περίπλοκη καθώς μπορεί να είναι όπως συμβαίνει συνήθως σήμερα μέρος μιας τοπικής ή περιφερειακής πολιτικής. Έτσι, η παραγωγή βιοκαυσίμων μπορεί να είναι μέρος μιας κοινωνικής πολιτικής για την καταπολέμηση της ανεργίας σε αγροτικές περιοχές, μπορεί να συνδέεται με την προσπάθεια επίλυσης του προβλήματος των απορριμμάτων σε αστικής περιοχές, μπορεί να εξασφαλίζει ένα πρόσθετο εισόδημα για τους κατόχους δασών ή να επιδοτείται προκειμένου να μεταμορφωθεί ο τοπικός ή περιφερειακός αγροτικός τομέας από έναν τύπο παραγωγής σε έναν άλλο.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 2 Τις πρώτες δεκαετίας της χιλιετίας, έχει παρατηρηθεί μια αλματώδης ανάπτυξη της χρήσης βιομάζας για παραγωγή ενέργειας σε χώρες και περιοχές όπου η μεγάλης κλίμακας παραγωγή και χρήση βιοενέργειας δεν έχει καμία παράδοση. Από τα έργα αυτά, υπάρχουν πολλές περιπτώσεις παγκοσμίως για τις οποίες η παραγωγή βιοενέργειας δεν είναι μακροπρόθεσμα οικονομική. Υπάρχουν επίσης παραδείγματα για τα οποία η τάση για επικερδή παραγωγή βιοκαυσίμων έχει οδηγήσει σε μονοκαλλιέργειες, οι οποίες θέτουν σε κίνδυνο τη βιοποικιλότητα και δεν είναι επομένως οικολογικά αειφόρες. Υπάρχουν ακόμα και παραδείγματα στα οποία η καλλιέργεια ενεργειακών φυτών έχει αντικαταστήσει την καλλιέργεια φυτών για παραγωγή τροφής ή / και ινών. Συνοψίζοντας, δεν είναι απαραίτητη η παραγωγή βιομάζας για ενεργειακή χρήση να πραγματοποιείται σύμφωνα με τους περιορισμούς που περιγράφηκαν στο Κεφάλαιο 02-00- 02. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, η παραγωγή βιομάζας μπορεί να είναι σε απευθείας παράβαση φυσικών συνθηκών και να συνεπάγεται τελικά σημαντικό κόστος. Παρόλα αυτά, η διαθεσιμότητα της βιομάζας θα περιορίζεται πάντα εν τέλει από το βιολογικό ρυθμό παραγωγής. Όπως είδαμε για παράδειγμα στους πίνακες 02-00 4 & 5, ο ρυθμός ανάπτυξης δασών και καλλιεργειών περιορίζεται από το κλίμα, το έδαφος και μια σειρά άλλων παραγόντων περιορισμοί που αφορούν όλα τα είδη της βιομάζας, είτε προέρχεται από την ξηρά είτε από τη θάλασσα. Επομένως, η συλλογή μιας συγκεκριμένες ποσότητας ενέργειας με τη μορφή βιομάζας σημαίνει έκταση των δραστηριοτήτων συλλογής σε μια μεγάλη επιφάνεια, ενώ για τη συλλογή αντίστοιχης ποσότητας ενέργειας από φυσικό αέριο αρκεί η συλλογή μιας επαρκούς ποσότητας αερίου από το στάσιμο σημείο εξαγωγής του. Άμεση συνέπεια των παραπάνω είναι ότι το κόστος διανομής σε όλο το μήκος της εφοδιαστικής αλυσίδας είναι πολύ διαφορετικό αν συγκρίνει κανείς τα βιοκαύσιμα σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα, όπως θα εξετασθεί με περισσότερη λεπτομέρεια στο Κεφάλαιο 5. 03-00-01: Ορολογία Ανάμεσα σε αυτούς που δεν ασχολούνται επαγγελματικά με τα συστήματα βιοενέργειας, είναι συχνό φαινόμενο η σύγχιση σχετικά με ορισμένους βασικούς όρους. Στον οδηγό αυτό, η χρησιμοποιούμενη ορολογία θα ακολουθεί αυστηρά τους κανόνες για την εφοδιαστική αλυσίδα που περιγράφονται στο Ευρωπαϊκό Πρότυπο EN 14588. Σχηματικά, η φιλοσοφία του προτύπου παρουσιάζεται στην ακόλουθη εικόνα.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 3 Βιομάζα Παραγωγή, συλλογή, μεταφορά και αναβάθμιση Βιοκαύσιμα Στερεά καύσιμα Υγρά καύσιμα Αέρια καύσιμα Μη-καύσιμο κλάσμα Μετατροπή / Παραγωγή ενέργειας Βιοενέργεια Ηλεκτρισμός Θερμότητα Ψύξη Μεταφορές Εικόνα 03-00 1: Ορολογία σύμφωνα με το EN 14588 Το πρότυπο περιλαμβάνει αυστηρούς ορισμούς για κάθε όρο, αλλά για συντομία και για τους σκοπόύς αυτού του οδηγού τα ακόλουθα θεωρούνται αρκετά: Βιομάζα είναι μια ύλη βιολογικής προέλευσης που δεν έχει υποστεί χημική μετατροπή και δεν περιέχει πρόσθετα.. Βιοκαύσιμο είναι μια καύσιμη ύλη που προέρχεται από τη βιομάζα. Το καύσιμο μπορεί να έχει υποστεί μια χημική μετατροπή, όπως αεριοποίηση, υγροποίηση, πυρόλυση, ζύμωση, αναερόβια χώνευση ή άλλη αντίστοιχη, ή μια φυσική μετατροπή, όπως άλεση, τεμαχισμό, πελλετοποίηση, μπρικετοποίηση. Το βιοκαύσιμο μπορεί επίσης να περιέχει πρόσθετα, με την προϋπόθεση ότι δεν περιέχουν βαρέα μέταλλα ή άλλες επιβλαβείς ουσίες. Βιοενέργεια είναι ο (εμπορικός) φορέας ενέργειας που προέρχεται από τη χρήση του βιοκαυσίμου. Ο φορέας ενέργειας μπορεί να πάρει διαφορετικές μορφές, για παράδειγμα μια φιάλη (βιο-)μεθανίου, η (βιο-)αιθανόλη που προσφέρεται σε πρατήρια, ο ηλεκτρισμός, η θερμότητα σε ένα σύστημα τηλεθέρμανσης, οι πελλέτες ξύλου και άλλες αντίστοιχες. Μιλώντας αυστηρά, η τελική «παραγωγή» ενέργειας δε πραγματοποιείται στο χώρο των μονάδων, αλλά περιέχεται στην αρχική βιομάζα μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, όπως περιγράφηκε στην ενότητα 01-00-02. Ωστόσο, ο όρος «παραγωγή ενέργειας» είναι κοινότατος και επομένως, για τους σκοπούς του οδηγού χρησιμοποιούνται οι ακόλουθοι όροι: Παραγωγή ενέργειας είναι ο (ανεπαρκής) όρος που χρησιμοποιείται για τις διεργασίες εκείνες στις οποίες η λανθάνουσα χημική ενέργεια στο (βιο-)καύσιμο εξάγεται και μετατρέπεται σε ένα (εμπορικό) φορέα ενέργειας. Η πιο συνηθισμένη διεργασία είναι μακράν η καύση, η οποία χρησιμοποιείται για στερεά, αέρια και υγρά καύσιμα αλλά είναι βοηθούμενη από καταλύτρες. Οξείδωση χαμηλής θερμοκρασίας σε κελιά καυσίμων επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Ενεργειακές μονάδες είναι οι (βιομηχανικές και εμπορικές) μονάδες όπου λαμβάνει χώρα η παραγωγή ενέργειας. Οι ενεργειακές μονάδες μπορεί να είναι ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες όπου παράγεται μόνο ηλεκτρισμός θερμικές μονάδες - όπου παράγεται μόνο θερμότητα - ή
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 4 μονάδες συμπαραγωγής (δηλαδή ταυτόχρονης παραγωγής) θερμότητας και ηλεκτρισμού (Μονάδες ΣΗΘ). Αυτό το τελευταίο είδος μονάδων μπορεί να λειτουργούν επίσης ως μονάδες (τηλε-)ψύξης. Πρόσθετες κατηγοριοποιήσεις και περιγραφές των διαφορετικών διεργασιών πραγματοποιούνται στο Κεφάλαιο 4. Για τους σκοπούς αυτού του κεφαλαίου, ο όρος ενεργειακές μονάδες περιλαμβάνει επίσης και τις μονάδες αεριοποίησης, υγροποίησης και όλες τις άλλες διεργασίες μετατροπής του καυσίμου. Η εφοδιαστική αλυσίδα της βιομάζας έχει σημαντική επίδραση στις ιδιότητες του υλικού που παραδίδεται τελικά. Η διαφορά μεταξύ των ιδιοτήτων πριν και μετά την εφοδιαστική αλυσίδα χωρίζεται σε ενδογενείς και εξωγενείς ιδιότητες: Ενδογενείς ιδιότητες: Η ενδογενής περιεκτικότητα σε υγρασία στη βιομάζα είναι η τιμή ισορροπίας σε συγκεκριμένη θερμοκρασία και σχετική υγρασία. Αντίστοιχα, το ενδογενές περιεχόμενο τέφρας είναι το φυσικό περιεχόμενο ορυκτών και ανόργανων θρεπτικών συστατικών του εξεταζόμενου φυτού. Έτσι, οι ενδογενείς ιδιότητες μπορούν να θεωρηθούν ως τιμές αναφοράς για κάθε είδος βιομάζας, όταν αυτή είναι καθαρή και σε ισορροπία με το περιβάλλον. Εξωγενείς ιδιότητες: Η εξωγενμής περιεκτικότητα σε υγρασία στη βιομάζα είναι η μετρούμενη τιμή όταν το υλικό υπόκειται σε τυχαίες και ξαφνικές συνθήκες, όπως βροχές. Αντίστοιχα, το εξωγενές περιεχόμενο τέφρας είναι αυτό που μετράται όταν μαζί με τη βιομάζα έχει συλλεχθεί και μεγάλη ποσότητα χώματος ή σκόνης από το δρόμο κατά το στάδιο της μεταφοράς. Έτσι, μια εξωγενής ιδιότητα μπορεί να θεωρηθεί ως η αντιπροσωπευτική τιμή μιας συγκεκριμένης ιδιότητας της βιομάζας όταν έχει φτάσει στην ενεργειακή μονάδα. Η διαφορά μεταξύ του εξωγενούς περιεχομένου σε τέφρα, υγρασία και θερμογόνο ικανότητα σε σχέση με τις αντίστοιχες ενδογενείς ιδιότητες μπορεί να ειδωθεί ως ένα συνολικό μέτρο της ποιότητας της εφοδιαστικής αλυσίδας. Ο σκοπός αυτού του κεφαλαίου είναι να περιγράψει τα βήματα της εφοδιαστικής αλυσίδας, από την ακατέργαστη, στερεή, βιομάζα μέχρι τη μεταφορά της σε μια μονάδα όπου είτε μετατρέπεται σε άλλο τύπο καυσίμου είτε η ενέργειά της εκλύεται. Παράδειγμα: όσον αφορά την περίπτωση της παραγωγής αιθανόλης από καλαμπόκι, το κεφάλαιο αυτό αφορά μόνο την εφοδιαστική αλυσίδα του καλαμποκιού. Η εφοδιαστική αλυσίδα της αιθανόλης θεωρείται ώριμη, ήδη εγκαθιδρυμένη και πλήρως εμπορική. 03-00-02: Στάδια εφοδιαστικής αλυσίδας Κατά τη συλλογή, η βιομάζα είναι στερεή, ενώ το περιεχόμενο σε υγρασία και τέφρα καθώς και το μέγεθος των σωματιδίων εξαρτάται εν μέρει από τον τρόπο συλλογής, εν μέρει από την εποχή και εν μέρει από την προέλευση της βιομάζας. Ένα από τα πιο ακραία παραδείγματα είναι η συλλογή άλγης και πλαγκτόν για την παραγωγή βιο-μεθανίου. Το μέγεθος στην περίπτωση αυτή μπορεί να φτάσει από μικρότερο του ενός χιλιοστού μέχρι μερικά εκατοστά και η περιεκτικότητα σε υγρασία ξεπερνάει συνήθως το 90% κατά βάρος.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 5 Το άλλο άκρο είναι το άχυρο σιτηρών, το οποίο συλλέγεται μερικές μέρες μετά το θερισμό του καρπού, με την προϋπόθεση ότι ο καιρός είναι ξηρός. Σε ορισμένες συνθήκες, η υγρασία μπορεί να είναι κοντά στην ενδογενή τιμή του 15% και το περιεχόμενο της τέφρας κοντά στο 4%. Όπως θα παρουσιαστεί αναλυτικά στο Κεφάλαιο 4, η διεργασία εξαγωγής της ενέργειας του καυσίμου είτε είναι καύση, είτε αεριοποίηση, είτε βιοχημική μετατροπή, είτε άλλη είναι σχεδιασμένη να λειτουργεί σωστά μόνο εντός ορισμένων ποιοτικών ορίων της βιομάζας. Έτσι, υπάρχουν όρια στο περιεχόμενο της τέφρας και της ποιότητάς της, της υγρασίας, της θερμογόνου ικανότητας και του μεγέθους των σωματιδίων που πρέπει να τηρούνται προκειμένου το σύστημα να λειτουργεί ορθά. Είναι σαφές ότι η εφοδιαστική αλυσίδα πρέπει να μπορεί να ανταπεξέλθει σε αυτές τις απαιτήσεις. 03-00-02α: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Θερισμός/Συλλογή Χωρίζοντας τη βιομάζα σε τέσσερεις μεγάλες ομάδες, υπολείμματα δασοκομίας και υλοτομίας, αγροτικά υπολείμματα, υπολείμματα βιομηχανικών διεργασιών και τέλος ρεύματα αποβλήτων κοινωνικών δραστηριοτήτων, είναι εύκολα κατανοητό ότι οι δυο πρώτες κατηγορίες έχουν πολλά κοινά μεταξύ τους, ενώ το ίδιο συμβαίνει και με τις δυο τελευταίες. Για τις δυο πρώτες ομάδες, η στερεή βιομάζα / στερεό βιοκαύσιμο είναι ένα παραπροϊόν μιας πρώτης ύλης που παράγονταν στο παρελθόν, και έτσι ο «θερισμός» μπορεί να περιλαμβάνει υλικά που συλλέγονται και στο παρελθόν (όπως για παράδειγμα το άχυρο) είτε δε συλλέγονταν (για παράδειγμα λεπτά κλαδιά σε χώρο υλοτομίας). Από την πλευρά της εφοδιαστικής αλυσίδας, αυτό σημαίνει μια πρόσθετη λειτουργία στο πεδίο και ενδεχομένως και τη χρήση νέων μηχανημάτων. Στην περίπτωση μιας θεριζοαλωνιστικής μηχανής που συλλέγει και δεματοποιεί το άχυρο ταυτόχρονα με το αλώνισμα, η πώληση του άχυρου στην ενεργειακή μονάδα δεν οδηγεί σε πρόσθετα κόστη σε σχέση με εναλλακτικές χρήσεις αυτού. Ενδεχομένως όμως να υπάρχει ένα κρυφό κόστος, καθώς ο αγρότης ενδέχεται να χρειαστεί να αντικαταστήσει το άχυρο με κάποιο άλλο, εμπορικό υλικό σε εσωτερικές χρήσεις του αγροκτήματός του. Στην περίπτωσή αυτή, τα πρόσθετα κόστη της εφοδιαστικής αλυσίδας είναι κατ ουσίαν μηδενικά, υπάρχει όμως ένα εξωτερικό κόστος που πρέπει να ληφθεί υπόψη καθώς το παραπροϊόν είχε αρχικά μια άλλη χρήση, ανταγωνιστική αυτής της χρήσης του ως καύσιμο. Στις υδατοκαλλιέργειες όπως και σε κάποια αγροτικά παραπροϊόντα η ανταγωνιστική χρήση μπορεί να είναι ιδιαίτερης σημασίας, όπως για παράδειγμα η χρήση άλγης ή πλακούντων διήθησης ως ζωοτροφές. Το γεγονός αυτό αναφέρεται ώστε να γίνει σαφές ότι η εκτίμηση του πραγματικού κόστους του συλλεχθέντος υλικού πρέπει να λαμβάνει υπόψη της τις διάφορες εναλλακτικές χρήσεις. Αντίθετα, η δέσμευση ενός μεταφορέα ξυλείας για τη συλλογή των κλαδιών που είναι σκορπισμένα σε ένα χώρο υλοτομίας είναι μια δαπανηρή οικονομικά δράση το πλήρες πρόσθετο κόστος σε αυτή την περίπτωση πρέπει να χρεωθεί στο παραγόμενο καύσιμο. Η εφοδιαστική αλυσίδα γίνεται επομένως πιο περίπλοκη μόλις προστεθεί και το στάδιο της
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 6 συλλογής / παραγωγής καυσίμου στην αρχική διεργασία. Από την άλλη όμως, καθώς το παραπροϊόν (π.χ. λεπτά κλαδιά) δεν είχε στην πραγματικότητα μέχρι τότε καμία αγοραία αξία πριν τη συλλογή του, δεν υπάρχει κρυφά κόστη. Σε ορισμένες περιπτώσεις βιομηχανικών υπολειμμάτων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας, η συλλογή τους μπορεί να είναι ιδιαίτερα αυτοματοποιημένα. Τέτοια συστήματα μπορεί να υπάρχουν για παράδειγμα σε ένα ξυλουργείο όπου το πριονίδι μεταφέρεται από κάθε κάδο υπολειμμάτων σε ένα κοινό σιλό με πνευματική μεταφορά. Σε άλλες περιπτώσεις, όπως σε μονάδες κονσερβοποιίας ψαριών, η συλλογή υπολειμμάτων μπορεί να απαιτεί επεμβάσεις στην παραγωγική διαδικασία. Η συλλογή καθαρών κλασμάτων από αστικά και οικιακά απορρίμματα θέτει συγκεκριμένα προβλήματα. Για τα αστικά απορρίμματα, η ποιότητα, δηλαδή η καθαρότητα, εξαρτάται απόλυτα από τον τρόπο χωρισμού των κλασμάτων. Ένας καλός διαχωρισμός μπορεί να επιτευχθεί με δυο τρόπους: είτε να αναλάβουν τα νοικοκυριά την ευθύνη του διαχωρισμού των κλασμάτων είτε να δημιουργηθεί μια μονάδα διαχωρισμού / διαλογής. Ένας συνδυασμός που χρησιμοποιείται σε ορισμένες πόλεις της Σουηδίας βασίζεται στη διαλογή τριών ξεχωριστών οργανικών κλασμάτων από τα νοικοκυριά (καθαρά καύσιμα, βιοδιασπώμενα και άκαυστα) σε σακούλες διαφορετικού χρώματος. Άλλα υλικά εκτός των παραπάνω κλασμάτων γυαλί, μέταλλα, κεραμικά, χαρτί, κτλ υπάρχουν ξεχωριστές διαδικασίες που δεν αποτελούν μέρος του αντικειμένου του οδηγού. Οι σακούλες συλλέγονται στον ίδιο χώρο του απορριμματοφόρου και ο διαχωρισμός τους λαμβάνει χώρα σε μια πλήρως αυτοματοποιημένη μονάδα διαλογής, με περιστασιακούς ποιοτικούς ελέγχους. Τα αποτελέσματα του ποιοτικού ελέγχου πρέπει να κοινοποιούνται στα νοικοκυριά ώστε να αναπτυχθεί η συνείδηση ότι αυτού του τύπου ο διαχωρισμός στην πηγή είναι απαραίτητος. Ταυτόχρονα, η χρήση ενός μόνο απορριμματοφόρου για όλα τα κλάσματα περιορίζει σημαντικά το κόστος επένδυσης και χειρισμού των απορριμμάτων. Για μεγαλύτερες εγκαταστάσεις όπως μεγάλα εστιατόρια σε πανεπιστήμια ή για εμπορικά κέντρα ή για τη συλλογή της ξυλείας κατεδαφίσεων από περιοχές μεγάλων οικοδομικών έργων η ποσότητα συγκεκριμένων κλασμάτων των αποβλήτων μπορεί να είναι αρκετά μεγάλη ώστε να αφιερωθεί ένα συγκεκριμένο όχημα για τη συλλογή τους για ορισμένο χρόνο. Ανάλογα με την ακριβή φύση της διαδικασίας θερισμού/συλλογής,υπάρχει πάντα ο κίνδυνος της επιμόλυνσης του καυσίμου με ξένες ουσίες. Όταν ένα κλάσμα καυσίμου παράγεται στον ίδιο χώρο με ένα κύριο προϊόν, όπως το άχυρο στο χωράφι όπου συλλέγεται ο καρπός των σιτηρών ή τα υπολείμματα ξυλείας στο χώρο υλοτομίας, το καύσιμο κλάσμα στις περισσότερες περιπτώσεις βρίσκεται στο έδαφος ενώ πραγματοποιείται η συλλογή του κύριου προϊόντος. Είναι σημαντικό σε αυτές τις περιπτώσεις να γίνει σαφές στους χειριστές των μηχανημάτων ότι το καύσιμο κλάσμα είναι προϊόν και όχι απόβλητο.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 7 Οι οδηγοί πρέπει να έχουν οδηγίες να μην οδηγούν πάνων από το κλάσμα καυσίμου αλλά να το μεταφέρουν μακριά από τους διαδρόμους οδήγησης. Διαφορετικά, το καύσιμο θα περιέχει μεγάλο ποσοστό χώματος και η περιεκτικότητας τέφρας του θα αυξηθεί. Η καθιέρωση μιας ρουτίνας για το χειρισμό καυσίμου δεν αυξάνει σημαντικά τον απαιτούμενο χρόνο συλλογής, βελτιώνει όμως σημαντικά την ποιότητα του καυσίμου. 03-00-02β: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Μεταφορά Η μεταφορά της βιομάζας συνήθως περιορίζεται από την ενεργειακή πυκνότητα (του χύδην υλικού). Η ενεργειακή πυκνότητα είναι το ενεργειακό περιεχόμενο κατ όγκον και δεν πρέπει να συνδέεται με τη θερμογόνο ικανότητα που είναι το ενεργειακό περιεχόμενο κατά μάζα. Αν γνωρίζουμε την τιμή της θερμογόνου ικανότητας q net (για την εξήγηση του δείκτη net, δείτε το Κεφάλαιο 4) MJ/kg και την χύδην πυκνότητα ρ bulk για ένα συγκεκριμένο είδος βιομάζας, η χύδην ενεργειακή πυκνότητα q vol υπολογίζεται από τον ακόλουθο τύπο: q vol = q net. ρ bulk MJ/m 3. Όσο μικρότερη είναι η ενεργειακή πυκνότητα, τότε μικρότερη είναι η συνολική ποσότητα βιοενέργειας που μπορεί να φορτωθεί ή να μεταφερθεί με ένα ορισμένο μέσο (σιδηροδρομικό βαγόνι, φορτηγό, καράβι, κτλ) με περιορισμένη δυναμικότητα φόρτωσης, εκφρασμένης σε όγκο. Και όσο μικρότερη είναι η δυναμικότητα του μεταφορικού μέσου, τόσο μεγαλύτερο θα είναι και το κόστος μεταφοράς. Από τον παραπάνω τύπο είναι προφανές ότι υπάρχουν δυο τρόποι ώστε να αυξηθεί η δυναμικότητα φόρτωσης ενός μέσου: Ή θα αυξηθεί η θερμογόνος ικανότητα του καυσίμου (q net ), π.χ. με ξήρανση ή Ή θα αυξηθεί η χύδην πυκνότητα (ρ bulk ), π.χ. με πελλετοποίηση ή τεμαχισμό Ωστόσο, η μεταφορά της βιομάζας δεν είναι μόνο θέμα κόστους αλλά και επίδρασης στην ποιότητα του καυσίμου. Η μεταφορά σε χωματόδρομους, όπως συμβαίνει συχνά σε συλλογή αγροτικών προϊόντων ή δασικών υπολειμμάτων συμβαίνει συχνά σε ξηρό καιρό, με αποτέλεσμα τη μεταφορά σκόνης από το δρόμο πάνω στο καύσιμο, οδηγώντας έτσι σε αύξηση της τέφρας. Το πρόβλημα επιλύεται σχετικά εύκολα με την κάλυψη του καυσίμου κατά τη μεταφορά με μουσαμάδες. 03-00-02γ: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Ξήρανση Η θερμογόνος ικανότητα της βιομάζας εξαρτάται από τρεις ανεξάρτητους παράγοντες, Τη σύσταση της ξηρής,ελεύθερης από τέφρα ουσίας και τη θερμογόνο ικανότητα αυτής q net,daf Το περιεχόμενο σε τέφρας, εκφρασμένο ως ποσοστό κατά μάζα f ash, επί ξηρού Την περιεκτικότητα σε υγρασία (νερό), εκφρασμένο ως ποσοστό κατά μάζα f W, ως έχει (επί υγρού
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 8 Για τα περισσότερα είδη βιομάζας, το ξηρό, ελεύθερο από τέφρα τμήμα αποτελείται από κυτταρίνη (q net,daf 16 MJ/kg), ημικυτταρίνη (q net,daf 16 MJ/kg), λιγνίνη ( net,daf 26 MJ/kg), διάφορα εκχυλίσματα (q net,daf 30-35 MJ/kg) και λιπαρά οξέα (q net,daf 30-35 MJ/kg) σε διαφορετικές αναλογίες ανάλογα με το είδος της βιομάζας. Αυτά τα θέματα θα εξεταστούν με περισσότερη λεπτομέρεια στο κεφάλαιο 4. Είναι σημαντικό να γίνει σαφές ότι η θερμογόνος ικανότητα του ξηρού, ελεύθερου από τέφρα υλικού δεν μπορεί να γίνει με ακρίβεια με τη σταθμισμένη κατά μάζα άθροιση των παραπάνω τιμών θερμογόνου ικανότητας η μέθοδος αυτή δίνει μια χοντρική μόνο εκτίμηση. Ο παρακάτω πίνακας που έχει προκύψει από διάφορες πηγές δίνει μια ένδειξη για την αναμενόμενη θερμογόνο ικανότητα για έναν μικρό αριθμό διαφορετικών ειδών βιομάζας. Αγροτικά παραπροϊόντα Υπόλειμμα ελαιοκράμβης 27.5 28 Κουκούτσια φρούτων 17.5 23 Υπολείμματα καλαμποκιού 17 18 Καρυδότσουφλα/φλοιός ρυζιού 14.5 19 1 Ξυλώδης βιομάζα Αγρο-βιομηχανικά Αγροτική βιομάζα υπολείμματα Φλοιός Εκχύλισμα Φαλαρίδα 19 21.5 πλακούντων διήθησης 18.5 19.5 Κορμός δέντρου (κωνοφόρα) 19 20 Κορμός δέντρου (αειθαλή) 18.5 19.5 Λεύκα (SRC 1 ) 18.5 19 20.5 21.5 Πλακούντας διήθησης (ελαιόλαδο) 17.5 19 Πλακούντας διήθησης (κρασί) 16.5 17.5 Υπολείμματα εκκοκκισμού βαμβακιού 16.5 17.5 Άχυρο 17.5 19.5 Μίσχανθος 18 19 Στελέχη βαμβακιού 15.5 18 SRC (Short Rotation Coppice) ή δασοπονικές καλλιέργειες μικρού περίτροπου χρόνου είναι ο όρος που χρησιμοποιείται όταν για δενδρώδεις φυτείες που πραγματοποιούνται κυρίως σε αγροτική γη (σε αντικατάσταση συμβατικών καλλιεργειών) με ταχέα αναπτυσσόμενα δέντρα με τελικό στόχο την παραγωγή βιομάζας για ενεργειακές χρήσεις. Πίνακας 03-00 1: Κατά προσέγγιση τιμές της q NET,DAF, MJ/kg, για ορισμένα είδη βιομάζας Όπως μπορεί να παρατηρήσει κανείς, το εύρος της θερμογόνου ικανότητας κυμαίνεται από 14-15 MJ/kg μέχρι σχεδόν διπλάσιες τιμές, λίγο κάτω από τα 30 MJ/kg. Η περιεκτικότητα σε τέφρα έχει ακόμα μεγαλύτερο εύρος, εκτεινόμενη από κάτω του 1% κατά βάρος σε ξυλεία από κορμούς δέντρων μέχρι πάνω από 20% σε φλοιούς ρυζιών και ορισμένα άλλα αγροτικά παραπροϊόντα ή σε ορισμένα βιομηχανικά απόβλητα όπως ξυλότυπους. Ο τρόπος χειρισμού κατά το θερισμό/συλλογή της βιομάζας μπορεί, όπως έχει ήδη αναφερθεί, να αυξήσει το συνολικό ποσοστό τέφρας κατά αρκετές ποσοστιαίες μονάδες οι ενδεικτικές τιμές που παρατίθενται εδώ είναι ενδογενείς τιμές. Η αποτελεσματική (κατώτερη) θερμογόνος ικανότητα ενός συστατικού είναι: q net = q net,daf. (1-f ash ). (1-f W ) 2.45. f W MJ/kg. Αναπτύσσοντας την παραπάνω έκφραση παίρνουμε: qnet = q net,daf. (1 f ash f W f W. f ash ) 2.45. f W MJ/kg
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 9 και η εξίσωση αυτή αποκαλύπτει ότι το πιο σημαντικό στοιχείο στον υπολογισμό της κατώτερης θερμογόνου ικανότητας είναι η περιεκτικότητα σε υγρασία Η υγρασία που περιέχεται στη βιομάζα είναι δυο διαφορετικών ειδών. Ένα μέρος του νερού είναι δεσμευμένο από τα κυτταρικά τοιχώματα με δεσμούς υδρογόνου, ενώ η παραπανίσια ποσότητα είναι παρούσα ως ελεύθερο νερό στις κυτταρικές κοιλότητες. Η ποσότητα του δεσμευμένου στα κυτταρικά τοιχώματα νερού ονομάζεται περιεκτικότητα νερού σε κορεσμό των ινών και είναι περίπου 15-25% κατά βάρος επί υγρού, ενώ εξαρτάται από το είδος της βιομάζας. Καθώς αυτό το νερό είναι χημικά δεσμευμένο, η απομάκρυνσή του απαιτεί τη χρήση ενέργειας προκειμένου να παραχθεί μια εντελώς ξηρή βιομάζα. Τα ευρωπαϊκά πρότυπα, που έχουν βέβαια εφαρμογή στον προσδιορισμό της υγρασίας σε εργαστηριακή κλίμακα, αναφέρουν ξήρανση σε θερμοκρασία 105 o C για διάστημα 24 ωρών. Το ελεύθερο νερό απαιτεί σαφώς λιγότερη ενέργεια και χρόνο για την ατμοποίησή του. Η ξήρανση της βιομάζας μπορεί να επιτευχθεί κυρίως με τρεις διαφορετικούς τρόπους: Η αεροξήρανση είναι η απλούστερη και φθηνότερη μέθοδος. Η βιομάζα πρέπει να εκτεθεί στον αέρα και στον ήλιο, ενώ ταυτόχρονα να προστατεύεται από τη βροχή και το υγρό έδαφος. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί για ορισμένα κλάσματα βιομάζας που εύκολα σχηματίζουν πορώδεις σωρού, όπως τα κλαδιά ή οι κορυφές δέντρων (δηλαδή υπολείμματα υλοτομίας).για το άχυρο και άλλα είδη αγροτικών υπολειμμάτων, όπως τα στελέχη, ο συνηθέστερος τρόπος είναι το να αφήνει κανείς το υλικό στο χωράφι απλωμένο ομοιόμορφα για μερικές ημέρες. Σε ευνοϊκές συνθήκες και δοθέντος επαρκούς χρόνου, η αεροξήρανση μπορεί να φέρει τη βιομάζα σε επίπεδα υγρασίας σε ισορροπία με την ατμόσφαιρα. Η ισορροπία αυτή μπορεί να είναι σε χαμηλότερα ακόμη επίπεδα από το σημείο κορεσμού των ινών. Η μηχανική αφύγρανση επιτυγχάνεται είτε με φυγοκέντρηση, μια πολύ συνηθισμένη μέθοδος για ιλύες, ή με μηχανική πίεση, συχνά χρησιμοποιούμενη για υγρούς φλοιούς ή ορισμένα αγροτικά υπολείμματα. Το τι μπορεί να επιτευχθεί με τη μηχανική αφύγρανση εξαρτάται από την κατανάλωση μηχανικής ενέργειας, αλλά για τις περισσότερες πρακτικές εφαρμογές τα ποσοστά υγρασίας μετά την αφύγρανση παραμένουν μεγαλύτερα του 50%. Η εξαναγκασμένη ξήρανση είναι η πιο ακριβή μέθοδος και απαιτεί την παροχή ενός εξαναγκασμένου αέριου ρεύματος μέσα από το υλικό. Το υλικό πρέπει να είναι διαπερατό έτσι ώστε να αποφεύγονται όσο γίνεται μεγάλες καταναλώσεις του ανεμιστήρα. Το αέριο ρεύμα μπορεί να είναι είτε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος είτε σε μεγαλύτερη αυτής. Με την εξαναγκασμένη ξήρανση υπάρχει καλύτερος έλεγχος της διεργασίας και το τελικό περιεχόμενο σε υγρασία μπορεί να προκαθοριστεί. Εφόσον αυτό είναι δυνατόν, και ανάλογα με το είδος της βιομάζας, η εφοδιαστική αλυσίδα πρέπει να σχεδιαστεί έτσι ώστε να περιλαμβάνει φυσική ξήρανση με αέρα.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 10 03-00-02δ: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Μείωση μεγέθους Σχεδόν ανεξαρτήτως της διεργασίας καύση, αεριοποίηση, χώνευση, ζύμωση ή ό,τιδήποτε άλλο η στερεή βιομάζα πρέπει να περάσει από ένα στάδιο μείωσης μεγέθους ώστε να βελτιωθεί η απόδοση της διεργασίας. Η μείωση μεγέθους για παράδειγμα στα κλαδιά δέντρων αυξάνει επίσης σημαντικά τη χύδην πυκνότητα κατά τη φόρτωση του υλικού σε μεταφορέα και έτσι βελτιώνει και την οικονομικότητα του σταδίου της μεταφοράς, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Διαφορετικοί τύπου υλικών, καθώς και διαφορετικές απαιτήσεις ως προς το τελικό μέγεθος σωματιδίων, απαιτούν διαφορετικούς τύπους εξοπλισμού. Γενικά πάντως και χωρίς να υπεισέλθουμε σε πολλές λεπτομέρειες, υπάρχουν τέσσερεις κύριοι τύποι μηχανών που χρησιμοποιούνται για τη μείωση μεγέθους: Τεμαχιστές. Υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τύποι τεμαχιστών (chippers) με κοινό χαρακτηριστικό τη χρήση αιχμηρών εργαλείων, «μαχαιριών», για την κοπή του υλικού σε μικρότερα κομμάτια. Η έξοδος του τεμαχιστή είναι σωματίδια με τυπικά μεγέθη μεταξύ 5 50 mm. Υπάρχουν τεμαχιστές που παράγουν ακόμα μεγαλύτερα σωματίδια και αναφέρονται στην τεχνική ορολογία ως «chunkers». Οι τεμαχιστές χρησιμοποιούνται συχνά με σχετικά σκληρά και τραχιά υλικά, όπως η ξυλώδης βιομάζα. Μια καλή σχεδιασμένη διεργασία τεμαχισμού μπορεί να παράγει σχεδόν «ισόπλευρα» σωματίδια, για τα οποία ο λόγος μεταξύ της μεγαλύτερης και της μικρότερης διάστασης του μήκους, πλάτους και ύψους είναι μικρότερος του 5. Τα «ισόπλευρα» σωματίδια είναι και καλύτερα για την απόδοση του σταδίου της τροφοδοσίας σε κάθε είδους αντιδραστήρα. Η ενεργειακή κατανάλωση για αυτή τη διεργασία εξαρτάται εντόνως από την αντοχή σε εφελκυσμό του υλικού. Σχίστες. Ενώ η αρχή μείωσης μεγέθους του τεμαχιστή είναι η κοπή του υλικού, ο σχίστης (shredder) λειτουργεί σχίζοντας το υλικό σε μικρότερα κομμάτια. Από την αρχή λειτουργίας εύκολα καταλαβαίνει κανείς ότι οι σχίστες παράγουν σωματίδια με μήκος πολύ μεγαλύτερο από τις άλλες δυο διαστάσεις τους. Τα σωματίδια δηλαδή μοιάζουν με μικρές βελόνες. Η ενεργειακή κατανάλωση για αυτή τη διεργασία εξαρτάται εντόνως από τη διατμητική αντοχή του υλικού. Μύλοι. Ο πιο συνηθισμένος τύπος μύλου σε αυτές τις εφαρμογές είναι ο σφυρόμυλος. Στο σφυρόμυλο, η μείωση μεγέθους επιτυγχάνεται με τη γρήγορη κρούση των σωματιδίων. Η ειδική ενεργειακή κατανάλωση επηρεάζεται έντονη από τη σκληρότητα του υλικού. Το μέγεθος του προϊόντος καθορίζεται από ένα κόσκινο στην έξοδο του μύλου και μπορεί να κυμαίνεται σε οποιαδήποτε όριο μεταξύ 0.01 5 mm. Σπαστήρες. Στους σπαστήρες το υλικό τεμαχίζεται με μια σχετικά αργή διεργασία συμπίεσης, σε αντίθεση με τη γρήγορη πρόσκρουση που λαμβάνει χώρα στους σφυρόμυλους. Εύθραυστα υλικά, όπως ο άνθρακας, συνήθως αλέθονται σε σφαιρόμυλους ή κυλινδρόμυλους. Αυτοί οι τύποι των μύλων λειτουργούν στην πραγματικότητα ως σπαστήρες. Για ορισμένα είδη βιομάζας με υψηλές συγκεντρώσεις στερεών ορυκτών ακαθαρσιών, όπως η ξυλεία κατεδαφίσεων, οι ξυλότυποι και ρίζες, το σπάσιμο των υλικών με ένα αμβλύ εργαλείο είναι συνήθως η καλύτερη εναλλακτική. Σε εφαρμογές μεικτής καύσης βιομάζας με άνθρακα και εφόσον το υλικό παραδίδεται ως πελλέτα ή μπρικέτα, μπορεί να πραγματοποιηθεί συνάλεση στους σφαιρόμυλους ή κυλινδρόμυλους της μονάδας. Γενικά, για να χρησιμοποιηθεί σπαστήρας πρέπει η πρώτη ύλη να είναι εύθραυστη.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 11 Είναι προφανές ότι η συνολική ενεργειακή κατανάλωση για τη μείωση μεγέθους δεν εξαρτάται μόνο από το υλικό αλλά και από την απαιτούμενη μείωση μεγέθους και την κατασκευή του συστήματος άλεσης. Η ενδογενής μηχανική συμπεριφορά ενός είδους βιομάζας εξαρτάται έντονα από την περιεκτικότητα σε υγρασία αλλά και από την προέλευσή της. Γενικά, είναι δύσκολο να καθοριστεί μια λογική κατανάλωση ενέργειας για τη μείωση μεγέθους για όλες τις περιπτώσεις. Αν όμως η κατανάλωση ξεπερνάει τα 150 kj/kg υλικού ίσως είναι καλό να ξαναδεί κανείς τη διεργασία μείωσης μεγέθους που έχει επιλέξει. Μετά τη μείωση μεγέθους και ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη τεχνολογία και τις απαιτήσεις της είναι συχνό να ακολουθεί ένας διαχωρισμός του υλικού ανάλογα με το μέγεθος. Στις περισσότερες εφαρμογές, ένα απλό δονούμενο κόσκινο είναι αρκετό, ωστόσο πρέπει να γίνει σαφές ότι διαφορετικές τεχνολογίες μείωσης μεγέθους μπορούν να παράγουν σωματίδια με πολλά διαφορετικά σχήματα, οπότε η κοσκίνιση να μην είναι η πιο ενδεδειγμένη λύση. Σε κάποιες εφαρμογές, κυρίως σε περιπτώσεις μικτής καύσης σε λέβητες κονιοποιημένου καυσίμου, είναι καλύτερη η χρήση ενός διαχωριστή αέρα. Περισσότερες πληροφορίες για τα θέματα αυτά περιλαμβάνονται στην ενότητα 03-00-02η περί τροφοδοσίας. 03-00-02ε: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Αποθήκευση Η αποθήκευση είναι ένα αναπόφευκτο στάδιο σε κάθε εφοδιαστική αλυσίδα στερεής βιομάζας. Τα προβλήματα που εμφανίζονται κατά το στάδιο της αποθήκευσης προκύπτουν κυρίως από τα αναπόδραστο γεγονός της αποικοδόμησης της βιομάζας. Η αποικοδόμηση αρχίζει από την πρώτη στιγμή που συλλέγεται η βιομάζα και - γενικά - δεν μπορεί να αποφευχθεί. Υπάρχουν ωστόσο ορισμένοι παράγοντες που ενισχύουν την τάση αποικοδόμησης οι οποίοι πρέπει, στο μέτρο του δυνατού, να αντιμετωπίζονται ή να περιορίζονται. Μιλώντας γενικά, η βιοαποικοδόμηση μπορεί να λάβει χώρα με τους εξής δυο μηχανισμούς: Η αερόβια αποικοδόμηση λαμβάνει χώρα όταν η βιομάζα έχει εύκολη πρόσβαση σε μοριακό οξυγόνο και τελικά καταλήγει στην πλήρη μετατροπή της βιομάζας σε διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς. Η διαδικασία αυτή είναι ευρέως γνωστή και ως «κομποστοποίηση». Η αναερόβια χώνευση συμβαίνει όταν το οξυγόνο εξαντλείται, είτε γιατί ο χώρος αποθήκευσης είναι πολύ μικρός ώστε να γίνεται επαρκής αερισμός είτε γιατί είναι κλειστός. Η αναερόβια χώνευση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέθοδος για την αναβάθμιση της βιομάζας, π.χ. για τη μετατροπή μιας ιλύος σε (βιο-)μεθάνιο ή για τη μετατροπή ενός υπολείμματος πλούσιου σε ζάχαρα σε (βιο-)αιθανόλη. Τέτοιες διεργασίες αναβάθμισης εξετάζονται στα κεφάλαια 01-03, 02-03, 03-03, 04-03 και 05-03 αντιστοίχως. Για να ξεκινήσει οποιαδήποτε από τις δυο διεργασίες, είναι απαραίτητη η εύκολη πρόσβαση των απλούστερων σακχάρων που βρίσκονται στο κυτταρικό υγρό από τους
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 12 μικροοργανισμούς. Αυτό συμβαίνει μόλις θρυμματιστεί η υγρή βιομάζα, επομένως μπορεί να ειπωθεί ότι η πρώτη συνθήκη που ευνοεί την βιοαποικοδόμηση κατά την αποθήκευση είναι η αποθήκευση θρυμματισμένης και υγρής βιομάζας. Τυπικά, και οι δυο διεργασίες ξεκινούν με την εμφάνιση μυκήτων μούχλας στο υλικό. Η μούχλα είναι ανεκτική σε μεγάλα όρια υγρασίας και οξυγόνου και, καθώς οι σπόροι της είναι πανταχού παρόντες, θα εμφανιστεί εντός λίγων ημερών από το σχηματισμό του σωρού. Το είδος της μούχλας θα διαφέρει ανάλογα με το είδος της βιομάζας που αποθηκεύεται και την κλιματική ζώνη, αλλά θα είναι εκεί. Οι μύκητες της μούχλας δεν μπορούν γενικά να χωνεύσουν τη λιγνίνη και τρέφονται κυρίως με άμυλο, σάκχαρα, κυτταρίνη και ημικυτταρίνη. Ωστόσο, μερικά είδη περιλαμβάνουν ένα ένζυμο που αποδομεί τη λιγνίνη σε απλά σάκχαρα. Η εμφάνιση μούχλας έχει σημαντικές επιπτώσεις στο σωρό αποθήκευσης: 1) Απελευθέρωση θερμότητας. Η απελευθέρωση θερμότητας θα οδηγήσει σε ένα φυσικό αέριο ρεύμα μέσα στην αποθηκευμένη ύλη. Αν ο σωρός είναι πορώδης, τότε το ρεύμα μπορεί να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να διατηρηθεί μια σχετικά υψηλή συγκέντρωση οξυγόνου στα κεντρικά σημεία του σωρού, ενώ παράλληλα η παραπανίσια θερμότητα μεταφέρεται και η θερμοκρασία διατηρείται σε χαμηλά επίπεδα. Αν ο σωρός είναι πιο συμπαγής, τότε το εσωτερικό του μπορεί να έχει έλλειψη οξυγόνου και η θερμοκρασία μπορεί να αυξηθεί σημαντικά. 2) Στην περίπτωση ανόδου της θερμοκρασίας, το νερό ατμοποιείται και κεντρικά τμήματα του σωρού θα γίνουν προοδευτικά ξηρότερα. Ταυτόχρονα, οι μύκητες παράγουν υδρατμούς κατά τη χώνεψη του υλικού. Τελικά, δεν πραγματοποιείται μόνο ξήρανση αλλά και αποκατάσταση της υγρασίας. Η υψηλή τάση ατμού στο κεντρικό τμήμα του σωρού θα οδηγήσει με τη σειρά της σε μια ανακατανομή της υγρασίας με τέτοιο τρόπο ώστε τελικά τα εξωτερικά και ψυχρότερα τμήματα του σωρού θα γίνουν και υγρότερα. 3) Το οργανικό τμήμα του υλικού που εύκολα χωνεύεται από τους μύκητες καταναλώνεται. Οι παραπάνω διεργασίες θα οδηγήσουν σε μια διαδοχική αλλαγή των βιοτικών συνθηκών στο εσωτερικό του σωρού και νέοι τύποι μυκήτων και βακτηριών εμφανίζονται σταδιακά. Είναι επίσης σαφές από όσα αναφέρθηκαν στο πρώτο από τα παραπάνω σημεία ότι οι συνθήκες ενδέχεται να αλλάξουν από αερόβιες σε αναερόβιες, ανάλογα με τους πόρους του υλικού. Ταυτόχρονα, θα υπάρχει αύξηση της υγρασίας στα εξωτερικά μέρη του σωρού, όπου η θερμοκρασία επηρεάζεται εντονότερα από το περιβάλλον. Η αυξημένη υγρασία σε μέρη του σωρού σε συνδυασμό με την αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε καλές συνθήκες διαβίωσης για διάφορα είδη σαπρομυκήτων και βακτηρίων, ανάλογα με το είδος του αποθηκευμένου υλικού. Η σήψη του υλικού δεν επηρεάζει μόνο το περιεχόμενο της βιομάζας σε κυτταρίνη και ημικυτταρίνη αλλά καταναλώνει επίσης λιγνίτη και άλλες πιο περίπλοκες ουσίες. Για την ελαχιστοποίηση της αποικοδόμησης κατά την αποθήκευση είναι σημαντική η τοποθέτηση του υλικού με τρόπο τέτοιο ώστε να είναι εφικτός ο αερισμός και η αύξηση της θερμοκρασίας που αναφέρεται στο πρώτο από τα παραπάνω σημεία να ελαχιστοποιείται. Για ορισμένα είδη βιομάζας, π.χ. κλαδιά δέντρων, αυτό επιτυγχάνεται εύκολα με την αποθήκευση του υλικού στη φυσική του μορφή. Για άλλα είδη βιομάζας, όπως τα φύλλα αραβόσιτου, δεν
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 13 είναι εφικτός ο σχηματισμός ενός πορώδους σωρού εκτός κι αν χρησιμοποιηθεί κάποιο είδος σκαλωσιάς. Μερικά είδη βιομάζας, όπως τα οικιακά απορρίμματα, είναι καλύτερα αποθηκευμένα σε αεροστεγής πλαστικές σακούλες, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται και για το ενσίρωμα. Οι σακούλες περιορίζουν την αερόβια χώνευση καθώς και τις οσμές, ενώ βοηθούν και στον έλεγχο των τρωκτικών. Σε περίπτωση που δεν μπορεί να επιτευχθεί υψηλή πορωσιμότητα, οι σωροί θα πρέπει να είναι αρκετά χαμηλοί ώστε να μπορέσει να δράσει ο φυσικός αερισμός. Για τα αγροτικά υπολείμματα, το ύψος αυτό είναι μερικά μέτρα μόνο, 1-3 m το πολύ, επομένως ο χώρος αποθήκευσης καταλαμβάνει σημαντική επιφάνεια. Υγρά τεμαχισμένα κομμάτια ξύλου, αναμεμειγμένα με άλλα κλάσματα συμπεριλαμβανομένου του φλοιού, μπορούν να φτάσουν σε ύψος 6-7 m ενώ σωροί τεμαχισμένου ξύλου από καθαρό κορμό μπορούν να φτάσουν τα 15 m ύψος. Ο τεμαχισμένος υγρός κορμός σχηματίζει συμπαγείς σωρούς, οπότε μπορεί να συσσωρευτεί σε ύψος 3-4 m, όπως και τα περισσότερο αγροτικά παραπροϊόντα. Ενώ μια ορθή πρακτική αποθήκευσης μπορεί να οδηγήσει σε απώλειες καύσιμου υλικού δηλαδή του συνολικού ενεργειακού περιεχομένου λιγότερες από 1% ανά μήνα, οι απώλειες μπορεί να είναι της τάξης μεγέθους του 10% ή μεγαλύτερες εξαιτίας μια μη ορθής αποθήκευσης. 03-00-02στ: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Ομογενοποίηση Ανεξάρτητα από το πόσο καλός είναι ο σχεδιασμός της εφοδιαστικής αλυσίδας, πάντα θα υπάρχει η ανάγκη μιας βραχυχρόνιας αποθήκευσης βιομάζας δίπλα στην ενεργειακή μονάδα. Όπως αναφέρθηκε στην περιγραφή του προηγούμενο σταδίου, η βραχυχρόνια αποθήκευση πρέπει να είναι σχεδιασμένη έτσι ώστε να κρατά τα διάφορα είδη βιομάζας που τροφοδοτούν τη μονάδα ξέχωρα. Αλλά η διεργασία είτε είναι καύση, είτε αεριοποίηση, είτε βιοχημική μετατροπή ή ό,τιδήποτε άλλο λειτουργεί καλύτερα όταν χρησιμοποιείται πρώτη ύλη με σχετικά σταθερή ποιότητα. Επομένως, το υλικό πρέπει να ομογενοποιηθεί πριν την τροφοδοσία. Η ομογενοποίηση μπορεί να στοχεύει στις εξής δυο κύριες παραμέτρους: Ομογενοποίηση ως προς το μέγεθος των σωματιδίων και το σχήμα Ομογενοποίηση ως προς τη μέση σύσταση, συμπεριλαμβανομένης της υγρασίας Το πρώτο είδος ομογενοποίησης επιτυγχάνεται με την ανάμειξη της πρώτης ύλης πριν τον τεμαχισμό και, αν υπάρχουν ιδιαίτερα υψηλές απαιτήσεις ομογενοποίησης, με την επακόλουθη συμπίεση σε πελλέτες, όπως περιγράφεται στην επόμενη ενότητα. Για το δεύτερο είδος ομογενοποίησης, πρέπει να υπενθυμίσουμε ότι με το που θα αφεθεί η βιομάζα αρχίζει η βιολογική αποσύνθεση η οποία (όπως περιγράφηκε στην ενότητα 03-02-02 για την αποθήκευση) οδηγεί σε εσωτερική ανακατανομή της υγρασίας στο σωρό και σε ένα ανομοιογενές υλικό. Επομένως, η ανάμειξη πρέπει να αναβάλλεται για όσο το δυνατόν αργότερα και κατά προτίμηση πρέπει να πραγματοποιείται από το χειριστή του φορτωτή πριν
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 14 την τροφοδοσία του υλικού στο ημερήσιο σιλό και όχι νωρίτερα από αυτό. Για τη σταθερότητα και την καλύτερη απόδοση επομένως των ακόλουθων διεργασιών / βημάτων, είναι απαραίτητο ο οδηγός του φορτωτή να έχει εκπαιδευτεί κατάλληλα, καθώς ο ρόλος του είναι ιδιαίτερα σημαντικός. 03-00-02ζ: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Συμπίεση Όπως αναφέρθηκε στην ενότητα 03-02-02, η χύδην πυκνότητα είναι ιδιαίτερα καθοριστικός παράγοντας για την ενεργειακή πυκνότητας και την οικονομικότητα της μεταφοράς. Η χύδην πυκνότητα εξαρτάται από δυο παράγοντες, την πυκνότητα του υλικού καθαυτού και το βαθμό της συμπίεσης κατά τη φόρτωση του υλικού. Σε ορισμένες εφαρμογές, όπου η απόσταση μεταφοράς είναι μεγάλη, μπορεί να υπάρχει όφελος από την πελλετοποίηση ή την μπρικετοποίηση πριν το στάδιο της μεταφοράς. Για παράδειγμα, η χύδην πυκνότητα του πριονιδιού είναι συνήθως λιγότερη από 100 kg/m 3. Αν το υλικό αυτό πελλετοποιηθεί, η χύδην πυκνότητα αυξάνει σε περίπου 6-800 kg/m 3. Για τις μπρικέτες, οι αντίστοιχες τιμές είναι 3-500 kg/m 3. Στην πελλετοποίηση το υλικό πρέπει πρώτα να αλεστεί σε ένα κατάλληλο μέγεθος σωματιδίου διαφορετικό ανάλογα με το υλικό και μετά να συμπιεστεί ισοστατικά ώστε να σχηματίσει ανθεκτικά σωματίδια ομοιόμορφου σχήματος. Η ισοστατική πίεση για την παραγωγή πελλετών πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη για να σπάσει εντελώς την κυτταρική δομή. Για λιγνοκυτταρινούχα είδη βιομάζας αυτό σημαίνει πίεση περίπου 700 bar. Για τις μπρικέτες, οι απαιτήσεις μηχανικής αντοχής είναι μικρότερες και η απαραίτητη πίεση είναι μόνο 150-200 bar. Μια άλλη τεχνική αύξησης της πυκνότητας είναι η δεματοποίηση. Η δεματοποίηση συνήθως λαμβάνει χώρα κατά το στάδιο της συλλογής και δεν περιλαμβάνει την άλεση της βιομάζας. 03-00-02η: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Τροφοδοσία Η σταθερότητα της τροφοδοσίας είναι απαραίτητη για κάθε διεργασία, είτε είναι καύση, είτε αεριοποίηση, είτε βιοχημική επεξεργασία είτε ο,τιδήποτε άλλο. Η τυπική διάταξη της διεργασίας σε ένα σύστημα βιοενέργειας περιλαμβάνει ένα χώρο ενδιάμεσης αποθήκευσης στο χώρο της μονάδας, όπου γίνεται η ανάμειξη του υλικού και η τροφοδοσία του σε μια τελική διάταξη μείωσης μεγέθους. Ακολουθεί η μεταφορά σε ένα χώρο / σιλό ημερήσιας αποθήκευσης, απ όπου και τροφοδοτείται τελικά στη διεργασία. Έτσι, το σύστημα τροφοδοσίας περιλαμβάνει τρία ξεχωριστά στάδια: Την τροφοδοσία του μη τεμαχισμένου / αλεσμένου υλικού Την τροφοδοσία του τεμαχισμένου / αλεσμένου υλικού Το άδειασμα του χώρου απόθεσης Ανάλογα με το είδος της βιομάζας, το μη τεμαχισμένο υλικό μπορεί να είναι περισσότερο ή λιγότερο ανομοιόμορφο ως προς το σχήμα και το μέγεθος. Τυπικά χαρακτηριστικά της βιομάζας είναι η χαμηλή πυκνότητα και η ινώδης υφή. Η ινώδης δομή δημιουργεί σημαντικά
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 15 προβλήματα λόγω του σχηματισμού «κόμπων» του υλικού, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως κατά την παρουσία κομματιών φλοιού δέντρων, το υλικό μπορεί να είναι αρκετά κολλώδες ώστε να κολλήσει πάνω στον κοχλία τροφοδοσίας και να σταματήσει τελείως τη λειτουργία. Αντίστοιχα, ακόμα και ένα προσεκτικά διαλεγμένο κλάσμα καθαρών οικιακών απορριμμάτων μπορεί να περιέχει ένα τηγάνι ή καλτσόν ή άλλα υλικά που θα σταματήσουν την τροφοδοσία. Σε υλικά που συλλέγονται απευθείας από ένα υγρό έδαφος υπολείμματα υλοτομίας ή γεωργίας για παράδειγμα είναι συχνή η παρουσία πετρών. Στην ξυλεία κατεδαφίσεων περιμένει κανείς ότι θα βρει μαζί με τη βιομάζα ολόκληρα κομμάτια τσιμέντου, καρφιά, βίδες, μεντεσέδες και άλλα τέτοια υλικά. Στην περίπτωση επομένως που χρησιμοποιούνται κοχλίες για την εξασφάλιση σταθερής τροφοδοσίας της πρώτης ύλης είναι σημαντικό α) να έχει διαστασιολογηθεί σωστά η ισχύς του κινητήρα και β) η διάμετρος και το βήμα του κοχλία να είναι αρκετά μεγάλα ώστε να μπορεί να ανταπεξέλθει σε οποιαδήποτε ακαθαρσία μπορεί να περιέχεται στο καύσιμο. Σε συνδυασμό με τη μείωση μεγέθους είναι συνηθισμένο να υπάρχει και ένα στάδιο διαχωρισμού των προσμίξεων, όπως οι πέτρες, από τη βιομάζα. Η επιστροφή των μεγαλύτερων σωματιδίων στη διάταξη μείωσης μεγέθους επίσης αποτελεί συχνά μέρος της διεργασίας. Μετά τη μείωση μεγέθους, ο εύρος μεγεθών του υλικού είναι μικρότερο σε σχέση με την ανεπεξέργαστη πρώτη ύλη. Δεδομένης της χαμηλής πυκνότητας της βιομάζας, τα σωματίδια αυτά είναι πολύ ελαφριά και η ινώδης δομή τους συνεπάγεται συνήθως μια τραχεία επιφάνεια. Οι παράγοντες αυτοί συνδυάζονται ώστε να κάνουν την τριβή μεταξύ των σωματιδίων καθοριστικό παράγοντα, έτσι ώστε οι σωροί αυτών των σωματιδίων να έχουν πολύ απότομες, σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμα και αρνητικές, γωνίες απόθεσης. Το γεγονός αυτό καθιστά προβληματική τη μεταφορά του υλικού, καθώς μια ταινία μεταφοράς δε θα είναι γεμάτη στο ίδιο επίπεδο συνέχεια, ενώ ο όγκος που μεταφέρεται μέσω ενός κοχλία δε θα είναι σταθερός. Επίσης, το χαμηλό βάρος του υλικού θέτει ένα όριο στην κλίση των επίπεδων ταινιών μεταφοράς σε περίπου 30 40 ως προς το οριζόντιο επίπεδο. Για άκεντρους κοχλίες, η κλίση μπορεί να είναι πιο απότομη, περίπου 60 ως προς το οριζόντιο επίπεδο, εκτός από την περίπτωση τροφοδοσίας πελλετών όπου το όριο είναι πάλι περίπου 30 40. Ο σχεδιασμός του χώρου απόθεσης πρέπει να λάβει υπόψη του τις γωνίες απόθεσης. Η χαμηλή πυκνότητα των μεμονωμένων σωματιδίων σε συνδυασμό με την τραχεία επιφάνεια καθιστούν την ανεπεξέργαστη βιομάζα ιδιαίτερα επιρρεπή σε σχηματισμό συσσωματωμάτων. Για να αποφευχθεί αυτό, οι χώροι απόθεσης πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να εκτείνονται προς τα κάτω, έτσι ώστε να έχουν αρνητική κλίση τοιχωμάτων. Για χώρους απόθεσης πελλετών διατομής μεγαλύτερης από 1 m, αυτό δεν είναι απαραίτητο αλλά ο χώρος μπορεί αν σχεδιαστεί με το φυσιολογικό τρόπο, κάτω γωνία να είναι μεγαλύτερη από 45 ως προς το οριζόντιο επίπεδο.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 16 03-00-02θ: Στάδιο εφοδιαστικής αλυσίδας Ποιοτικός έλεγχος Κατά την άφιξή της στη μονάδα υποδοχής, η βιομάζα πρέπει να διέλθει από διαδικασίες ποιοτικού ελέγχου. Ο στόχος του ποιοτικού ελέγχου είναι η εξακρίβωση της συνολικής παραδοθείσας ποσότητας και του ενεργειακού περιεχομένου της, ενδεχομένως δε και της περιεκτικότητάς της σε τέφρας και τις ιδιότητες αυτής. Σε πολλές περιπτώσεις, η τελική μεταφορά στην ενεργειακή μονάδα αφορά την οδική μεταφορά με φορτηγά, κατά την οποία το στερεό υλικό βρίσκεται σε καρότσες. Υπάρχουν δυο τρόποι για τον καθορισμό της παραγόμενης ποσότητας: η μέτρηση όγκου και η μέτρηση μάζας. Η μέθοδος μέτρησης όγκου περιλαμβάνει ουσιαστικά τη μέτρηση της πληρότητας της καρότσας σε συνδυασμό με τη χρήση του γνωστού όγκου αυτής ώστε να προσδιοριστεί ο όγκος που παραλαμβάνεται. Καθώς η χύδην πυκνότητα δεν μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια, η μέθοδος αυτή εμπλέκει δυο αβεβαιότητες, αυτή στη μέτρηση του όγκου και αυτή στη μέτρηση της χύδην πυκνότητας. Η συνολική αβεβαιότητα ισούται με το άθροισμα των δυο προηγούμενων. Η συσσωρευμένη εμπειρία από μονάδες στη Σουηδία δείχνει ότι η συνολική αβεβαιότητα αυτής της μεθόδου είναι της τάξης του + 10 % ή και παραπάνω. Το ισχύον Ευρωπαϊκό πρότυπο είναι το EN 15103. Η μέτρηση της μάζας, με τη ζύγιση του γεμάτου φορτηγού κατά την άφιξη και του άδειου φορτηγού κατά την αποχώρηση, μπορεί να μειώσει τη συνολική αβεβαιότητα σε λιγότερο του + 1 %, υπό την προϋπόθεση ότι ο ζυγός είναι σωστά σταθμισμένος. Για τον προσδιορισμό της υγρασίας και των ιδιοτήτων της τέφρας, η αβεβαιότητα στις υπολογισθείσες τιμές εξαρτάται από τη δειγματοληψία. Η λήψη μερικών μόνο δειγμάτων από το πάνω μέρος του σωρού ή του φορτηγού δεν είναι αρκετή για να εξασφαλίσει ότι το συνολικό δείγμα είναι αντιπροσωπευτικό του φορτίου. Τα ισχύοντα Ευρωπαϊκά Πρότυπα για τη δειγματοληψία είναι τα EN 14778, 14779 and 14780. 03-00-03: Κίνδυνοι Μέχρι τώρα πρέπει να έχει γίνει σαφές ότι οι εφοδιαστικές αλυσίδες βιομάζας είναι περίπλοκες διεργασίες που περιλαμβάνονται έναν αριθμό διαφορετικών βημάτων. Κάθε ένα από τα παραπάνω βήματα περιλαμβάνει μια τη σειρά του μια σειρά κρίσιμων στοιχείων, τα οποία παρουσιάζονται στις ακόλουθες παραγράφους. Για οικονομικούς λόγους, οι περισσότερες μεταφορές βιομάζας αφορούν πρώτη ύλη που έχει υποστεί μείωση μεγέθους, π.χ. σωματίδια μεγέθους 5 250 mm, φορτωμένη σε ανοιχτές καρότσες. Καθώς τα σωματίδια είναι πολύ μικρά και έχουν χαμηλή πυκνότητα, μπορούν εύκολα να φύγουν από την καρότσα του φορτηγού, π.χ. με τον αέρα. Προκειμένου να αποφευχθεί το φαινόμενο του να χτυπούν τα σωματίδια αυτά επιβατικά αυτοκίνητα, οι καρότσες πρέπει να σκεπάζονται με δίχτυα ή, ακόμα καλύτερα, με λινάτσες. Οι λινάτσες επίσης μειώνουν το ποσό της σκόνης του δρόμου που επικάθεται στο καύσιμο και έτσι συνεισφέρουν στη μείωση του ποσοστού τέφρας που μετράται στον τελικό τόπο παράδοσης.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 17 Εκτός από τους προφανείς κινδύνους που σχετίζονται με τις διεργασίες μείωσης μεγέθους, καθώς και με τη φόρτωση και εκφόρτωση, οι κύριοι κίνδυνοι κατά το χειρισμό βιομάζας αφορούν το στάδιο της αποθήκευσης. Υπάρχουν δυο κύριοι κίνδυνοι κατά την αποθήκευση της βιομάζας: Αυτανάφλεξη Αλλεργιογόνες αντιδράσεις Οι μικροοργανισμοί, μύκητες ή/και βακτήρια, που ευθύνοντα για την αποσύνθεση της βιομάζας κατά την αποθήκευση κατηγοριοποιούνται γενικά σε τρεις κλάσεις: κρυόφιλου,ς μεσόφιλους και θερμόφιλους. Ενώ οι κρυόφιλοι οργανισμοί αναπτύσσονται σε χαμηλκές (περίπου -15 έως 15 o C), οι μεσόφιλοι οργανισμοί προτιμούν μεγαλύτερες θερμοκρασίες μεταξύ 5 έως 50 o C) και οι θερμόφιλοι ευδοκιμούν σε υψηλές θερμοκρασίες (εκτεινόμενες μέχρι και πάνω από 100 o C). Έτσι, οι βιοχημικές διεργασίες μπορούν να αυξήσουν την εσωτερική θερμοκρασία σε ένα σωρό αποθήκευσης μέχρι και τους 100 o C. Αν οι συνθήκες είναι κατάλληλες, δηλαδή αν υπάρχει σωστή συγκέντρωση οξυγόνου, σωστή παροχή αέρα και έαν υπάρχει ένας καταλύτης οξείδωσης, π.χ. σίδηρος, χρώμιο, νικέλιο (μέταλλα που είναι κοινά σε χάλυβες), η χημική οξείδωση μπορεί να λάβει χώρα και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ο καταλύτης μπορεί να μην είναι καν απαραίτητος αν η βιομάζα περιέχει ικανές ποσότητες μη κορεσμένων λιπαρών οξέων. Για παράδειγμα, μια πορώδης δομή σε υπόλειμμα βάμβακος μπορεί να αυταναφλεχθεί αν ποτιστεί με λινέλαιο. Πάντως, η παρουσία καταλύτη, όπως κάθε κράμα χάλυβα, αυξάνει δραστικά τον κίνδυνο αυτανάφλεξης. Η εσωτερική καύση λόγω αυτανάφλεξης σε ένα σωρό υγρής οργανικής ύλης δεν είναι απαραίτητα φανερή από το εξωτερικό. Το εσωτερικό του σωρού μπορεί να έχει θερμοκρασίες μεταξύ 200-300 o C και να έχει ανθρακοποιηθεί, ενώ ένα εξωτερικό στρώμα 50-100 cm να φαίνεται φυσιολογικό. Το άνοιγμα του σωρού με έναν φορτωτή και η παροχή οξυγόνου θα οδηγήσει άμεσα στην εμφάνιση φλόγας. Είναι ωστόσο σημαντικό να θυμάται κανείς ότι ακόμα και ένας σωρός που δείχνει φυσιολογικός μπορεί να είναι κατ ουσίαν ένας καιόμενος σωρός και επομένως πρέπει να απαγορεύεται αυστηρά το περπάτημα ή η οδήγηση απευθείας πάνω στο σωρό. Οι συνεχείς μεταβολές στο σωρό και οι αλλαγές στις συνθήκες επιβίωσης, όπως περιγράφονται στην ενότητα 03-02-05, περιλαμβάνουν τη μετακίνηση των μυκήτων της μούχλας από τα πιο κεντρικά σημεία του σωρού σταδιακά προς την επιφάνεια. Καθώς οι συνθήκες σε ένα μέρος του σωρού γίνονται εχθρικές για τους οργανισμούς, οι μύκητες «μεταναστεύουν» και αφήνουν πίσω τους σπόρια. Έτσι, ο σωρός του υλικού μπορεί να περιλαμβάνει στρώματα με υψηλό φορτίο σπόρων μούχλας. Το άνοιγμα του σωρού με ένα φορτωτή θα ελευθερώσει αυτούς τους σπόρους στην ατμόσφαιρα,με αποτέλεσμα ο οδηγός να εκτεθεί σε εξαιρετικά υψηλές συγκεντρώσεις πιθανώς παθογόνων και αλλεργιογόνων σπόρων. Για ορισμένα είδη βιομάζας υπάρχει ο κίνδυνος σχηματισμού παθογόνων κατά την αποθήκευση. Ο κίνδυνος αυτός είναι μεγαλύτερος για είδη βιομάζας που προορίζονται για παραγωγή βιοαερίου ή για παραγωγή αιθανόλης, δηλαδή βιομάζα τέτοια που να είναι εύκολα βιοδιασπώμενη. Σε μονάδες χειρισμού τέτοιων ουσιών πρέπει να λαμβάνεται ιδιαίτερη προσοχή για την αποφυγή του κινδύνου μόλυνσης ή δηλητηρίασης.
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 18 03-00-03a: Κίνδυνοι σε κλειστούς χώρους Μερικές φορές, όπως για παράδειγμα στις θαλάσσιες μεταφορές μεταξύ ηπείρων, είδη βιομάζα όπως πελλέτες ή μπρικέτες αποθηκεύονται σε κλειστούς χώρους. Η αποθήκευση σε σιλό είναι άλλο ένα τέτοιο παράδειγμα. Καθώς η βιομάζα είναι ένα «ζωντανό» υλικό και δεν αδρανοποιείται ποτέ τελείως, ούτε από χημικής ούτε από βιολογικής σκοπιάς, η ατμόσφαιρα σε έναν κλειστό χώρο θα απωλέσει οξυγόνο και ενδέχεται να περιέχει όχι μόνο εκρηκτικές αέριες ενώσεις αλλά και μονοξείδιο του άνθρακα. Επομένως, η ατμόσφαιρα μέσα στο χώρο αυτό μπορεί να είναι ασφυκτική ή/και εκρηκτική ή/και δηλητηριώδης. Πριν την είσοδο σε ένα τέτοιο χώρο για παράδειγμα, στο αμπάρι ενός φορτηγού πλοίου για να βοηθήσει κανείς στην εκφόρτωση πρέπει να προηγηθεί κατάλληλος αερισμός. Είναι σημαντικό να γίνει κατανοητό ότι αυτό δεν αφορά μόνο την νωπή βιομάζα αλλά και τις ξηρές πελλέτες ξύλου, τις μπρικέτες και όλες τις άλλες ποιότητες και μορφές. 03-00-04: Θέματα σχεδιασμού Ο σχεδιασμός για την εξασφάλιση σταθερής τροφοδοσίας βιομάζας σε μια μονάδα εξαρτάται έντονα από το είδος του υλικού (βλέπε και ενότητα 02-00-03). Εξετάζοντας τα πράγματα από την πλευρά της διαθεσιμότητας, οι κύριες πρώτες ύλες χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: Ετήσιες καλλιέργειες, για παράδειγμα ποώδεις ή αγροτικές πρώτες ύλες. Η παραγωγή τους γίνεται σε ετήσια βάση και η πραγματική απόδοση της καλλιέργειας μια συγκεκριμένη χρονιά εξαρτάται έντονα από τις καιρικές συνθήκες. Καθώς η μέση ετήσια απόδοση είναι εξ ορισμού μια τιμή που βρίσκεται στο μέσο του εύρους τιμών, ο σχεδιασμός συστημάτων με βάση την τιμή αυτή θα οδηγήσει σε έλλειψη καυσίμου τα μισά χρόνια και σε πλεόνασμα καυσίμου τα άλλα μισά. Μπορεί επίσης να θεωρηθεί ότι, καθώς οι καιρικές συνθήκες είναι σχετικά ομοιόμορφες σε περιφερειακό επίπεδο, η έλλειψη πρώτης ύλης σε μια περιοχή θα συμπίπτει με έλλειψη και στις γειτονικές περιοχές για μια δεδομένη χρονιά. Αντίστοιχα, πλεόνασμα σε μια περιοχή θα εμφανίζεται μαζί με πλεόνασμα σε γειτονικές περιοχές. Το αποτέλεσμα των παραπάνω είναι ότι, αν χρησιμοποιηθεί η μέση ετήσια απόδοση ως βάση σχεδιασμού, η ίδια η δομή του σχεδίου θα οδηγήσει σε σημαντικές ετήσιες διακυμάνσεις τιμών. Για να είναι κανείς ασφαλής και η συνηθέστερη περίπτωση να είναι αυτή στην οποία το καύσιμο είναι άφθονο και η τιμή να διατηρείται μικρή και σταθερή, ο συνολικός σχεδιασμός πρέπει να θεωρεί ότι η χρήση βιομάζας δεν πρέπει να ξεπερνάει τη μέση ετήσια απόδοση ελαττωμένη κατά την τυπική απόκλιση, όπως αυτή υπολογίζεται από στατιστικά στοιχεία τουλάχιστον δέκα ετών. Κοινωνικά, βιομηχανικά και κτηνοτροφικά παραπροϊόντα, όπως διαχωρισμένα κλάσματα απορριμμάτων, ιλύες, κοπριά και άλλα παρεμφερή υπολειμματικά παραπροϊόντα δεν είναι εξαρτώμενα από τον καιρό αλλά παρουσιάζουν διακυμάνσεις ανάλογα με την κατάσταση της αγοράς και την κατανάλωση. Οι ετήσιες διακυμάνσεις σε αυτές τις πρώτες ύλες είναι
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 19 συνήθως πιο αργές και λιγότερο ακραίες και μέχρι κάποιο βαθμό ενδεχομένως να μπορούν να προβλεφθούν. Για να είναι κανείς ασφαλής και η συνηθέστερη περίπτωση να είναι αυτή στην οποία το καύσιμο είναι άφθονο και η τιμή να διατηρείται μικρή και σταθερή, ο συνολικός σχεδιασμός δεν πρέπει να πραγματοποιείται με την μέση ετήσια απόδοση στο ακέραιο, αλλά πρέπει να υπάρχει ένα περιθώριο ασφάλειας. Πολυετείς «καλλιέργειες», όπως η ξυλεία και τα δασικά υπολείμματα, αντανακλούν τη βιομηχανική βάση της περιοχής αλλά εξαρτώνται και από την ακριβή κατάσταση της αγοράς στον τομέα. Επομένως, πάλι θα υπάρχουν διακυμάνσεις από την πλευρά της παραγωγής τις οποίες θα πρέπει να λάβει υπόψη του ο σχεδιαστής του συστήματος. Για να είναι κανείς ασφαλής και η συνηθέστερη περίπτωση να είναι αυτή στην οποία το καύσιμο είναι άφθονο και η τιμή να διατηρείται μικρή και σταθερή, ο συνολικός σχεδιασμός δεν πρέπει να πραγματοποιείται με την μέση ετήσια απόδοση στο ακέραιο, αλλά πρέπει να υπάρχει ένα περιθώριο ασφάλειας. Ωστόσο, δεν πρέπει να λαμβάνεται υπόψη μόνο η πλευρά της εφοδιαστικής αλυσίδας. Ο τελικός χρήστης και η επιλεγμένη διεργασία επηρεάζουν το σχεδιασμό: Διεργασίες που περιλαμβάνουν βιοχημική επεξεργασία (ζύμωση ή αναερόβια χώνευση) απαιτούν πρώτη ύλη επιδεκτική σε βιολογική επεξεργασία και εξ ορισμού αυτό σημαίνει βιομάζα που δεν είναι επιδεκτική μακρόχρονης αποθήκευσης. Έτσι, μεταβολές στη διαθεσιμότητα δεν μπορούν να αντιμετωπιστούν επιτυχώς με αποθήκευση τυχόν περίσσειας, εκτός κι αν ληφθούν προβλέψεις τέτοιες που καθιστούν την πρώτη ύλη λιγότερο ή περισσότερο βιολογικά αδρανή για το διάστημα της αποθήκευσης. Διεργασίες ευέλικτες στην περιεκτικότητα σε υγρασία κυρίως η άμεση καύση υποφέρουν ως ένα βαθμό από το ίδιο πρόβλημα. Η υγρή βιομάζα που αποθηκεύεται σε σωρό προσφέρει εξαιρετικές συνθήκες για την ανάπτυξη μικροοργανισμών και, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως (ενότητα 03-00-02e), η αποικοδόμηση ξεκινάει από τη στιγμή κιόλας που δημιουργείται ο σωρός. Διεργασίες που απαιτούν ξηρό καύσιμο όπως πολλές θερμοχημικές μετατροπές είναι λιγότερο επιρρεπείς σε θέματα αποθήκευσης, καθώς το ξηρό υλικό αποικοδομείται με πιο αργούς ρυθμούς. Ωστόσο, αυτό απαιτεί την αποθήκευση του υλικού σε χώρους προστατευμένους από τη βροχή, καθώς και μη υγροσκοπική πρώτη ύλη. Μια χοντρική κατηγοριοποίηση των παραπάνω πρώτων υλών απεικονίζεται στον ακόλουθο πίνακα: Αναερόβια χώνευση Αποικοδομήσιμ α Κοπριά, Ιλύς, κτλ Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες Ποώδης Ποσότητα και τιμή Υγρή Ξυλώδης, κλάσματα απόβλητων Στερεή βιομάζα Ποώδης Ξηρή Ξυλώδης, κλάσματα απόβλητων
Κεφάλαιο 03-00 σελ. 20 Άμεση καύση Θερμοχημική μετατροπή σε μακροπρόθεσμε ς μεταβολές της αγοράς Η πρώτη ύλη δεν προσφέρεται για αποθήκευση ευαίσθητες στις καιρικές συνθήκες Η πρώτη ύλη δεν προσφέρεται για αποθήκευση Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες στις καιρικές συνθήκες Η πρώτη ύλη δεν προσφέρεται για αποθήκευση Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες στις καιρικές συνθήκες Η πρώτη ύλη δεν προσφέρεται για αποθήκευση Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες σε μεταβολές της αγοράς Η ξυλώδης βιομάζα επιδέχεται αποθήκευσης για κάποιο διάστημα Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες σε μεταβολές της αγοράς Η ξυλώδης βιομάζα επιδέχεται αποθήκευσης για κάποιο διάστημα Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες στις καιρικές συνθήκες Η πρώτη ύλη μπορεί να αποθηκευτε ί Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες στις καιρικές συνθήκες Η πρώτη ύλη επιδέχεται αποθήκευσ ης Πίνακας 03-00 2: Χοντρική κατηγοριοποίηση ειδών βιομάζας και διεργασιών Η βιομάζα είναι γενικά ακατάλληλη για τη διεργασία Η βιομάζα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διεργασία Η βιομάζα είναι ιδιαίτερα ταιριαστή για τη διεργασία Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες σε μεταβολές της αγοράς Η πρώτη ύλη επιδέχεται αποθήκευσ ης Ποσότητα και τιμή ευαίσθητες σε μεταβολές της αγοράς Η πρώτη ύλη επιδέχεται αποθήκευσ ης Βιοχημική επεξεργασία Ο παραπάνω πίνακας δεν είναι απόλυτος δείχνει όμως καθαρά ότι διεργασίες ζύμωσης ή χώνευσης βασισμένες στον τοπικό πληθυσμό ζώων ή στην ιλύ που παράγεται από μονάδες βιολογικού καθαρισμού μπορούν να βασίζονται σε σχετικά σταθερή παροχή, ωστόσο η μονάδα πρέπει να διαστασιολογηθεί με βάση τις μέγιστες αναμενόμενες ποσότητες. Αν ένα