ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ. Απόστολος Βλυσίδης Καθηγητής ΕΜΠ

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Απόστολος Βλυσίδης Καθηγητής ΕΜΠ

Η ενέργεια από βιόµαζα είναι µία ανανεώσιµη µορφή ενέργειας

Τι ονοµάζουµε ανανεώσιµη ενέργεια ; Η ενέργεια που αναπληρώνεται από το φυσικό περιβάλλον µε τον ίδιο ρυθµό που καταναλώνεται από τον άνθρωπο. (Sorensen, 1979)

Τι ονοµάζουµε ανανεώσιµη ενέργεια ; Η ενέργεια που αναπληρώνεται από το φυσικό περιβάλλον µε τον ίδιο ρυθµό που καταναλώνεται από τον άνθρωπο. (Sorensen, 1979)

Πηγές ανανεώσιµης ενέργειας Παλιρροιακές πηγές ενέργειας Γεωθερµική ενέργεια Ηλιακή ακτινοβολία

Ηλιακή ακτινοβολία Απ ευθείας χρήση Παραγωγή θερµότητας Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (Φωτοβολταϊκή ενέργεια) Έµµεση χρήση Άνεµος Κύµατα Τρεχούµενο νερό Βιόµαζα

Πως η ηλιακή ενέργεια µετατρέπεται στις διάφορες ανανεώσιµες µορφές ενέργειας πάνω στη γη Οι παγκόσµιες σηµερινές απαιτήσεις κατανάλωσης ισχύος ανέρχονται σε 13 TW

Η ετήσια ποσότητα ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει επί της γης ισοδυναµεί: Με 160 φορές την ενέργεια που είναι αποθηκευµένη µε την µορφή ορυκτών καυσίµων. Με 16 000 φορές την ετήσια κατανάλωση ενέργειας από τον άνθρωπο είτε µε την µορφή ορυκτών καυσίµων είτε µε τη µορφή υδροηλεκτρικής ενέργειας είτε πυρηνικής.

Εξοικονόµηση CO 2 µε τη χρήση ανανεώσιµης ενέργειας

Εκτίµηση της συνολικής διατιθέµενης ενέργειας από ανανεώσιµες πηγές Πηγές υνάµενη να ανακτηθεί Με βάση την πηγή Ηλιακή ενέργεια 1000 TW 90 000 TW Άνεµοι 10 TW 1200 TW Κύµατα 0.5 TW 3 TW Παλίρροιες 0.1 TW 30 TW Γεωθερµικές ροές - 30 TW Βιόµαζα υπαρχόντων καλλιεργειών - 450 TW years Αποθηκευµένη γεωθερµία >50 TW years 10 11 TW years Κινητική ενέργεια αποθηκευµένη στην ατµόσφαιρα και στους ωκεανούς - 32 TW years

Τι είναι η Βιόµαζα ; Όληηζωντανήµάζα και τα προϊόντα τους που υπάρχουν στην βιόσφαιρα. Αυτή αντιπροσωπεύει ένα πολύ µικρό ποσοστό της µάζας της γης αλλά αποτελεί µία τεράστια αποθήκη ηλιακής ενέργειας µε τηµορφή της χηµικής ενέργειας. Είναι µία αποθήκη ενέργειας που αναπληρώνεται συνεχώς Η ενέργεια που περικλείεται στη βιόµαζα ισοδυναµεί περίπου µε οκτώ φορές την ενέργεια που καταναλώνουµε σ ένα έτος

Ενέργεια από Βιόµαζα

Τι είναι τα βιοκαύσιµα; Είναι κάθε στερεό ή υγρό ή αέριο καύσιµο που παράγεται από οργανικά υλικά,είτε απ ευθείας από τα φυτά είτε εµµέσως από απόβλητα βιοµηχανικά, αγροτικά ή αστικά. Μπορούν να προέλθουν από πλήθος πρώτων υλών και παράγονται µε διάφορους τρόπους. Καίγοντας βιοκαύσιµα δεν παράγεται περισσότερη θερµότητα και διοξείδιο του άνθρακα απ ότι θα είχε παραχθεί από τις διαδικασίες που ακολουθεί η φύση. Εποµένως τα βιοκαύσιµα αποτελούν µία «καθαρή» πηγή ενέργειας.

Καύσιµο Ενεργειακή πυκνότητα των διαφόρων καυσίµων Ενεργειακή πυκνότητα, GJ/t Ξύλο (20% υγρασία) 15 Χαρτί 17 Άχυρο 14 Σακχαροκάλαµο 14 Οικιακά απορρίµµατα 9 Γρασίδι (φρέσκο) 4 Πετρέλαιο 42 Κάρβουνο 28

Παγκόσµια κατανάλωση ενέργειας. Συνολική ενέργεια 400 EJly. Ενέργεια ανά άτοµο 80 GJly.

Αναπτυσσόµενες χώρες. Συνολική ενέργεια 140 EJly. Ενέργεια ανά κάτοικο 36 GJly.

Αναπτυγµένες χώρες. Συνολική ενέργεια 250 EJly. Ανά κάτοικο 210 GJly.

ΓΕΩΡΓΙΚΑ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΑ Υπολείµµατα κατά την ανάπτυξη και συλλογή Φύλλα Στελέχη Αχυρο Κληµατίδες Φούντες Κοτσάνια Κλαδέµατα Ρίζες

ΓΕΩΡΓΙΚΑ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΑ Υπολείµµατα κατά την επεξεργασία Πυρηνόξυλο Πούλπα Κουκούτσια Περικάρπια Πίτουρο Βόστρυχοι Κάψες

ΓΕΩΡΓΙΚΑ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΑ Υπολείµµατα από την τελική χρήση Απόβλητα γεωργικών βιοµηχανιών Απόβλητα βιοµηχανιών τροφίµων Αστικά απορρίµµατα

ΓΕΩΡΓΙΚΑ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΑ Κάθε χρόνο παράγονται 14 x 106 τόνοι άχυρο στη Μ. Βρετανία, µε ενργειακό περιεχόµενο 100 PJ, ποσότητα ισοδύναµη µε το 1% της κατανάλωσης πρωτογενούς ενέργειας στη χώρα Αξιοποίηση των υπολειµµάτων της βιοµηχανίας ζάχαρης, σε παγκόσµια κλίµακα, για την παραγωγή ηλεκτρισµού, θα τροφοδοτούσε µονάδα 50 GW

ΑΣΙΚΑ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΑ Υπολείµµατα κατά την ανάπτυξη και υλοτόµηση Φύλλα Κλαδιά Κορυφές Υποβλάστηση Ρίζες Υπολείµµατα κατά την επεξεργασία της ξυλείας Πριονίδι Φλοιοί δένδρων Άχρηστη και κατεστραµµένη ξυλεία

ΑΣΙΚΑ ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΑ (ενδεικτικά) Οι µονάδες κατασκευής ξυλοσανίδων σχηµατίζουν υπολείµµατα, η ποσότητα των οποίων φτάνει στο 50% τη εισερχόµενης πρώτης ύλης Στην βρετανική βιοµηχανία επίπλων περίπου 35000 τόνοι υπολειµµάτων ξυλείας καταναλώνονται για την παραγωγή ενέργειας ίσης µε 0.5 PJ, για θέρµανση χώρων και νερού και την κάλυψη των αναγκών της επεξεργασίας του ξύλου. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί στο 1/3 της ξυλείας που χρησιµοποιείται Στην Αυστρία περίπου 1250 MW παράγονται από καυστήρες ξύλου για θέρµανση χώρων, µε καύση υπολειµµάτων φλοιών και άχρηστης ξυλείας

ΖΩΙΚΑ ΑΠΟΒΛΗΤΑ Από τις κτηνοτροφικές δραστηριότητες προκύπτουν Υπολείµµατα ζωοτροφών Κοπριά Από τα σφαγεία προκύπτουν υπολείµµατα από τα άχρηστα µέρη των ζώων που καταλήγουν εκεί Από την τελική επεξεργασία και κατανάλωση κρέατος προκύπτουν υπολείµµατα από τις βιοµηχανίες αλλαντικών και τροφίµων αλλά και σηµαντικές ποσότητες αστικών απορριµµάτων

ΖΩΙΚΑ ΑΠΟΒΛΗΤΑ (ενδεικτικά) Τα απόβλητα από την κτηνοτροφία και την πτηνοτροφία ξεπερνούν σε ετήσια βάση στις ΗΠΑ µόνο τα 110 εκατοµµύρια τόνους Η άποψη Ένα κοτόπουλο αντιστοιχεί σε 1 Watt (Arnold, 1993) αποτέλεσε το κίνητρο για τη δηµιουργία µονάδας 12.5 MW στη Μ. Βρετανία µε καύση αποβλήτων πτηνοτροφικών µονάδων Η εξάπλωση του προγράµµατος παραγωγής βιοαερίου από κοπριά των ζώων στην Κίνα είχε σαν αποτέλεσµα την κατασκευή 7 εκατοµµ. Μονάδων χώνευσης Τα αέρια που προκύπτουν πό την αποδόµηση της κοπριάς ενοχοποιούνται για την παραγωγή του 5% των αερίων του θερµοκηπίου

ΑΣΤΙΚΑ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΑ Το 90% των αστικών απορριµµάτων οδηγείται σε χωµατερές Η παρουσία πλαστικών, µεταλλικών αντικειµένων και διαφόρων τοξικών ουσιών δυσχεραίνουν την καύση καθιστώντας αναγκαίο τον µηχανικό διαχωρισµό των υλικών. Ειδικές κατηγορίες αποβλήτων, όπως τα νοσοκοµειακά ή τα απόβλητα των βιοµηχανιών τροφίµων παρουσιάζουν ιδιαίτερα υψηλό κόστος επεξεργασίας, ενώ ταυτόχρονα έχουν υψηλό ενεργειακό περιεχόµενο που µπορεί να αξιοποιηθεί

ΑΣΤΙΚΑ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΑ Σύσταση (Αθήνα) Συστατικό % κ.β Οργανικό κλάσµα 59,8 Χαρτί 19,5 Γυαλί 2,6 Πλαστικά 7,0 Μέταλλα 3,8 Ύφασµα, ξύλο, δέρµα 3,45 Αδρανή 0,7

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Καλλιεργούνται µε στόχο την ενεργειακή αξιοποίηση Πλεονεκτήµατα: εν αυξάνουν τις εκποµπές CO 2 Εξοικονοµούν ποσότητες συµβατικών καυσίµων Αξιοποιείται η περίσσεια αγροτικής γης προστατεύοντας ταυτόχρονα το έδαφος από διάβρωση

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Σηµαντικότερες ενεργειακές καλλιέργειες Σόργο γλυκό και ινώδες Ελαιοκράµβη, Σόγια, Ηλίανθος Καλάµια και λόχµες Μίσχανθος Ευκάλυπτος Σπόροι µουστάρδας και άλλων φυτών

Μέθοδοι ενεργειακής αξιοποίησης της βιοµάζας Απ ευθείας καύση Καύση µετά από επεξεργασία Θερµοχηµικές διεργασίες Πυρόλυση Αεριοποίηση Υγροποίηση Βιολογικές διεργασίες Αλκοολική ζύµωση Αναερόβια χώνευση

Αναερόβια χώνευση Βιοαέριο χωµατερών Σταθεροποίηση βιολογικών λασπών Βιοµηχανικά απόβλητα Αστικά απορρίµµατα

Παγκόσµια προβλεπόµενη ανάπτυξη ανανεώσιµης ενέργειας µέχρι το 2010

Προβλεπόµενη ανάπτυξη ανανεώσιµης ενέργειας µέχρι το 2010 στην ΕΕ-16

Προβλεπόµενες επενδύσεις για ανανεώσιµες ενέργειες στην ΕΕ-16 µέχρι το 2010

Προβλεπόµενη παραγωγή βιοκαυσίµων στην ΕΕ

Κόστος παραγωγής αιολικής ενέργειας

Συγκριτική θέση ανανεώσιµων πηγών ως προς την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας µε ορυκτά καύσιµα

Συγκριτική θέση ανανεώσιµων πηγών ως προς την παραγωγή θερµότητας µε ορυκτά καύσιµα

Ελληνικές υπάρχουσες πηγές βιόµαζας Πηγή Βιοµάζας Χρήση γης Έκταση Γης Μha Βιoµάζα Μt/έτος Κύρια χρήση παρατηρήσεις Γεωργία 3,9 23,4 1/3 για τρόφιµα 2/3 κατάλοιπα Βοσκοτόποι 1,8 5,4 Βόσκηση Όλο για τρόφιµα άση 2,5 5 Ξύλο/καυσόξυλα αναψυχή Μακίες/φρύγανα 3,3 6,6 Βόσκηση/αναψυχή καυσόξυλα Κατοικίες 1,7 1,4 Αστικά απορρίµµατα Υδρόβια φυτά Σύνολο 13,2 41,8 13-16 Μt στην τροφική αλυσίδα

Ανάπτυξη ενεργειακών φυτών Πηγή Βιοµάζας Χρήση γης Έκταση Γης Μha Βιoµάζα Μt/έτος Κύρια χρήση παρατηρήσεις Γεωργικού τύπου 0,2 6,0 1/3 για τρόφιµα 2/3 κατάλοιπα ασικού τύπου 0,2 3,0 Βόσκηση Όλο για τρόφιµα Υδατοκαλλιέργειες 0,03 1,8 Ξύλο/καυσόξυλα αναψυχή