ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Ενότητα 6: Βιομάζα Σπύρος Τσιώλης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί Ενότητας Ο στόχος της 6ης ενότητας είναι να αποκτήσει ο φοιτητής γνώσεις σχετικά με το δυναμικό της βιομάζας, τις τεχνολογίες εκμετάλλευσής της και να είναι ικανός να κάνει ενεργειακούς υπολογισμούς από μονάδες βιομάζας για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας (Συμπαραγωγή) 4
Περιεχόμενα Ενότητας Εισαγωγή στη Βιομάζα Δυναμικό Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Ενεργειακή Αξιοποίηση Τηλεθέρμανση Ενεργειακές Καλλιέργειες 5
Εισαγωγή Βιομάζα - 1 Τι είναι Βιομάζα; Βιομάζα με την ευρύτερη έννοια του όρου περιλαμβάνει οποιοδήποτε υλικό που προέρχεται από ζωντανούς οργανισμούς και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο ή για τη παραγωγή στερεών, υγρών και αέριων καυσίμων 6
Εισαγωγή Βιομάζα - 2 Ορίζεται η ύλη που έχει βιολογική (οργανική) προέλευση: Οι φυτικές ύλες που προέρχονται είτε από φυσικά οικοσυστήματα, όπως π.χ. τα αυτοφυή φυτά και δάση Είτε από τις ενεργειακές καλλιέργειες γεωργικών και δασικών ειδών, όπως π.χ. το σόργο το σακχαρούχο, το καλάμι, ο ευκάλυπτος κ.ά. 7
Εισαγωγή Βιομάζα - 3 Τα υποπροϊόντα και κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής, όπως π.χ. τα άχυρα, στελέχη αραβόσιτου, στελέχη βαμβακιάς, κλαδοδέματα, κλαδιά δένδρων, φύκι, κτηνοτροφικά απόβλητα, οι κληματίδες κ.ά., 8
Εισαγωγή Βιομάζα - 4 Τα υποπροϊόντα που προέρχονται από τη μεταποίηση ή επεξεργασία των υλικών, όπως π.χ. τα ελαιοπυρηνόξυλα, υπολείμματα εκκοκκισμού βαμβακιού, το πριονίδι κ.ά. Το βιολογικής προέλευσης μέρος των αστικών λυμάτων και σκουπιδιών. 9
Εισαγωγή Βιομάζα - 5 Η βιομάζα αποτελεί μία δεσμευμένη και αποθηκευμένη μορφή της ηλιακής ενέργειας και είναι αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτικών οργανισμών. Κατ αυτήν, η χλωροφύλλη των φυτών μετασχηματίζει την ηλιακή ενέργεια με μια σειρά διεργασιών, χρησιμοποιώντας ως βασικές πρώτες ύλες διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα καθώς και νερό και ανόργανα συστατικά από το έδαφος. 10
Εισαγωγή Βιομάζα - 6 Η διεργασία αυτή μπορεί να παρασταθεί σχηματικά ως εξής: Νερό + Διοξείδιο του Άνθρακα +Ηλιακή Ενέργεια (φωτόνια) + Ανόργανα Στοιχεία Βιομάζα + Οξυγόνο 11
Δυναμικό Βιομάζας - 1 Δυναμικό Παγκόσμιο: 172 δισεκ. τόνοι ανά έτος ξηρού υλικού, με ενεργειακό περιεχόμενο δεκαπλάσιο της ενέργειας που καταναλίσκεται παγκοσμίως στο ίδιο διάστημα. Το τεράστιο αυτό ενεργειακό δυναμικό παραμένει κατά το μεγαλύτερο μέρος του ανεκμετάλλευτο, καθώς, σύμφωνα με πρόσφατες εκτιμήσεις, μόνο το 1/7 της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας καλύπτεται από τη βιομάζα και αφορά κυρίως τις παραδοσιακές χρήσεις της (καυσόξυλα κλπ.). 12
Δυναμικό Βιομάζας - 2 Η συμμετοχή της βιομάζας (%) στην παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας 13
Δυναμικό Βιομάζας - 3 Δυναμικό Ελλάδα: Διαθέσιμα γεωργικά και δασικά υπολείμματα ισοδυναμούν ενεργειακά με 3-4 εκατ. τόνους πετρελαίου Το δυναμικό των ενεργειακών καλλιεργειών μπορεί, με τα σημερινά δεδομένα, να ξεπεράσει άνετα εκείνο των γεωργικών και δασικών υπολειμμάτων Το ποσό αυτό αντιστοιχεί ενεργειακά στο 30-40% της ποσότητας του πετρελαίου που καταναλώνεται ετησίως στη χώρα μας 14
Βιομάζα 1 Ένας τόνος βιομάζας ισοδυναμεί με περίπου 0,4 τόνους πετρελαίου. Χρήση: Παραγωγή θερμότητας στον οικιακό τομέα (μαγειρική, θέρμανση), για τη θέρμανση θερμοκηπίων, σε ελαιουργεία, καθώς και, με τη χρήση πιο εξελιγμένων τεχνολογιών, στη βιομηχανία (εκκοκκιστήρια βαμβακιού, παραγωγή προϊόντων ξυλείας, ασβεστοκάμινοι κ.ά.). 15
Βιομάζα 2 Ως πρώτη ύλη χρησιμοποιούνται: Υποπροϊόντα της βιομηχανίας ξύλου Ελαιοπυρηνόξυλα Κουκούτσια ροδάκινων και άλλων φρούτων Τσόφλια αμυγδάλων Βιομάζα δασικής προέλευσης Άχυρο σιτηρών Υπολείμματα εκκοκκισμού κ.ά. 16
Βιομάζα 3 Καλές Προοπτικές: Μεγάλο και άμεσα διαθέσιμο δυναμικό Σε ανταγωνιστικές τιμές 7.500.000 τόνοι γεωργικών υπολειμμάτων γεωργικών καλλιεργειών σιτηρών, αραβόσιτου, βαμβακιού, καπνού, ηλίανθου, κλαδοδεμάτων, κληματίδων, πυρηνόξυλου 2.700.000 τόνοι δασικών υπολειμμάτων κλάδοι, φλοιοί 17
Βιομάζα 4 Ενεργειακές Καλλιέργειες: 10 εκατομμύρια στρέμματα περιθωριοποιήθηκαν λόγω της Ευρωπαϊκής γεωργικής πολιτικής (πλεονάσματα) Η αξιοποίησή τους θα μπορούσε να δώσει το 50 έως 60 % της ετήσιας κατανάλωσης του πετρελαίου στη χώρα 18
Βιομάζα 5 Πλεονεκτήματα: Η αποτροπή του φαινομένου του θερμοκηπίου (CO 2 ) Η αποφυγή της επιβάρυνσης της ατμόσφαιρας με SO 2 (όξινη βροχή) Η μείωση της ενεργειακής εξάρτησης Η εξασφάλιση εργασίας και η συγκράτηση των αγροτικών πληθυσμών 19
Βιομάζα 6 Μειονεκτήματα: Ο μεγάλος όγκος της και η μεγάλη περιεκτικότητά της σε υγρασία Η δυσκολία στη συλλογή, μεταποίηση, μεταφορά και αποθήκευσή της Οι δαπανηρότερες εγκαταστάσεις και εξοπλισμός Η μεγάλη διασπορά και η εποχιακή παραγωγή της 20
Βιομάζα 7 21
Βιομάζα 8 Ενεργειακή Αξιοποίηση: Απ ευθείας καύση: Παραγωγή θερμότητας, ψύξης, ηλεκτρισμού Μετατροπή της σε αέρια, υγρά ή/και στερεά καύσιμα μέσω θερμοχημικών ή βιοχημικών διεργασιών 22
Βιομάζα 9 23
Βιομάζα 10 Κάλυψη των αναγκών θέρμανσης-ψύξης ή/και ηλεκτρισμού σε γεωργικές και άλλες βιομηχανίες: Συμβατικοί σταθμοί 15-40% Συμπαραγωγή 75-85% Καταναλωτές θερμότητας Ίδια κατανάλωση, εκκοκκιστήρια: σε 17 μόνο για θερμότητα Κοντά σε μεγάλους καταναλωτές 24
Βιομάζα 11 Τηλεθέρμανση κατοικημένων περιοχών. Θέρμανση θερμοκηπίων: Το 10% της συνολικής έκτασης θερμοκηπίων χρησιμοποιούν βιομάζα 25
Βιομάζα 12 Παραγωγή υγρών καυσίμων με βιοχημική μετατροπή βιομάζας: 26
Βιομάζα 13 Παραγωγή καυσίμων με θερμοχημική μετατροπή βιομάζας: 27
Βιομάζα Ενεργειακές Καλλιέργειες - 1 Χώρα Τόνοι ή Καλλιέργεια Τελικό προϊόν Χρήσεις Τόνοι ή στρέμματα/έτος Βραζιλία Ζαχαροκάλαμο. Αλκοόλη ΗΠΑ καλαμπόκι Αλκοόλη Γαλλία Άλλες χώρες της Ε.Ε. Σουηδία Ζαχαρότευτλα, σιτάρι, κλπ ελαιοκράμβη &ηλίανθος ιτιά Αλκοόλη βιοντήζελ ψιλοτεμαχισμένο ξύλο καύσιμο μεταφοράς καύσιμο μεταφοράς καύσιμο μεταφοράς καύσιμο μεταφοράς καύση 9 εκατομμύρια τόνοι/έτος 4 εκατομμύριατόνοι/έτ ος 75.000 τόνοι/έτος 500.000 τόνοι/έτος 1.700.000 στρέμματα/έτος 28
Βιομάζα Ενεργειακές Καλλιέργειες - 2 Ενεργειακές Καλλιέργειες: Καλάμι, 3 τόνοι / στρέμμα, πολυετές 29
Βιομάζα Ενεργειακές Καλλιέργειες - 3 Αγριοαγγινάρα: 2,5-3 τόνοι / στρέμμα, πολυετές, δεν απαιτεί άρδευση 30
Βιομάζα 14 Βιοαέριο: Ως καυσίμου σε μηχανές εσωτερικής καύσης, για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού Αυτό αποτελείται κυρίως από μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα και παράγεται από την αναερόβια χώνευση κτηνοτροφικών κυρίως αποβλήτων, όπως είναι τα λύμματα των χοιροστασίων, πτηνοτροφίων, βουστασίων, καθώς και βιομηχανικών και αστικών οργανικών απορριμμάτων, παραγωγή λιπάσματος. Αστικά απορρίμματα, ΧΥΤΑ 31
Βιομάζα 15 32
Βιομάζα 16 Παραγωγή οργανοχημικών λιπασμάτων από πτηνοτροφικά απόβλητα Παραγωγή λιπασμάτων 33
Βιομάζα 17 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΣΤΗΝ ΕΕ25, 1990-2002 Εκατομμύρια τόνοι ισοδύναμου πετρελαίο 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Πυρηνική ενέργεια Άνθρακας Φυσικό αέριο Πετρέλαιο 0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 34
Τέλος Ενότητας