Ε.Μ.Π ΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΖΑΦΕΙΡΙΟΥ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΕΛΑΙΟΠΥΡΗΝΟΞΥΛΟ ΒΙΟ ΙΥΛΙΣΗ ΜΕΓΙΣΤΟ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΟΦΕΛΟΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ - ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΙΟΥΝΙΟΣ 2009 1
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Εισαγωγή σελ. 3...6 2. Ελαιοπυρηνόξυλο και η χρήση του σελ. 6...11 3. Βιοδιύλιση σελ. 11...13 4. Μελέτη περίπτωσης Εγκατάσταση σελ. 13...14 Μέγιστο οικονοµικό όφελος 5. Βιβλιογραφικές αναφορές σελ. 14...15 2
1. Εισαγωγή Τα τελευταία χρόνια οι υψηλές απαιτήσεις σε ενέργεια καθιστούν αναγκαία την αντικατάσταση των συµβατικών τρόπων παραγωγής ενέργειας από εναλλακτικές πηγές µε βασικό χαρακτηριστικό την ανανεωσιµότητά τους. Επιπλέον, οι υποχρεώσεις των χωρών στα πλαίσια των εµπορικών Συµφωνικών και η συνεχής αύξηση των τιµών του πετρελαίου καθιστούν ολοένα και πιο επιτακτική την ανάγκη για εναλλακτικά καύσιµα σε όλες τις βιοµηχανικές δραστηριότητες και ιδιαίτερα στην ηλεκτροπαραγωγή. Η κατανάλωση ενέργειας για διαφορετικές δραστηριότητες εµπφανίζει διαρκώς αυξητική τάση ιδιαίτερα για τις αναπτυσσόµενες χώρες. Πιο συγκεκριµένα, από την συνολικά καταναλισκώµενη ενέργεια, το 33% προορίζεται για τις αναπτυσσόµενες χώρες και το υπόλοιπο για τις αναπτυγµένες χώρες. Σχήµα 1: Η καταναλισκώµενη ενέργεια σε παγκόσµιο επίπεδο Η απαιτούµενη αυτή ποσότητα ενέργειας καλύπτεται από διαφορετικούς πόρους, οι σηµαντικότεροι από τους οποίους είναι το πετρέλαιο µε ποσοστό 33%, ο άνθρακας µε ποσοστό 24%, το φυσικό αέριο µε ποσοστό 19%, η βιοµάζα µε ποσοστό 13%, η υδροηλεκτρική ενέργεια µε ποσοστό 6% και τέλος η πυρηνική ενέργεια µε ποσοστό 5%. Σχήµα 2: Οι χρησιµοποιούµενες µορφές ενέργειας σε παγκόσµιο επίπεδο Σε αυτή την κατηγορία πηγών ενέργειας ανήκουν η ηλιακή, η αιολική καθώς και η ενέργεια που παράγεται από την στερεά βιοµάζα. Η χρησιµοποίηση της στερεάς 3
βιοµάζας για παραγωγή θερµότητας και ηλεκτρικής ενέργειας ξεκίνησε να εφαρµόζεται ευρέως στην Ευρωπαϊκή Ένωση για µία σειρά από λόγους που συνδέονται µε τη προστασία του περιβάλλοντος, τη µείωση της ενεργειακής εξάρτησης της Ε.Ε. από τρίτες χώρες όπως η Η.Π.Α. και η Μέση Ανατολή, καθώς και την αλλαγή στην ακολουθούµενη κοινή αγροτική πολιτική της κοινότητας. Ειδικότερα για την Ε.Ε. µέχρι και το έτος 2020 αναµένεται εκτεταµένη χρήση των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας ενώ σύµφωνα µε τον Μαρτζόπουλο (2005) η συµµετοχή των ανανεώσιµων πηγών ενέργειας στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην Ε.Ε µέχρι το 2020 δίνεται στον πίνακα που ακολουθεί: Πίνακας 1: Η συµµετοχή ανανεώσιµων πηγών ενέργειας στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Τύπος Ενέργειας 2005 Eurostat 2006 Eurostat TWh TWh 2020 Στόχοι TWh Αιολική 70.5 82 477 (34.8%) Υδροηλεκτρική 346.9 357.2 384 (28%) Φωτοβολταϊκά 1.5 2.5 180 (13.1%) Βιοµάζα 80 89.9 250 (18.3%) Γεωθερµία 5.4 5.6 31 (2.3%) Ηλιακή-θερµολεκτρ. - - 43 (3.1%) Ενέργεια από κύµατα - - 5 (0.4%) Συνολική παραγωγή Α.Π.Ε 504.3 537.2 1370 Συνολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας EU-27 3320.4 3361.5 Πρόβλεψη συνολικής παραγωγής ηλεκτρικής 3391 ενέργειας Ποσοστό συµµετοχής Α.Π.Ε 15.20% 16.00% 33.6-40.4% Βάσει των δεδοµένων του πίνακα το ποσοστό συµµετοχής των ανανεώσιµων πηγών ενέργεια αναµένεται να φτάσει το έτος 2020 στο 40% σε σχέση µε τα έτη 2005 και 2006 το ποσοστό των οποίων ανέρχεται µόλις στο 15%. Ως ιδιαίτερα αποδοτική χαρακτηρίζεται τα τελευταία χρόνια η παραγωγή ενέργειας από βιοµάζα. Ως βιοµάζα νοείται η µάζα βιολογικών υλικών που προέρχεται από ζωντανούς οργανισµούς και από βιολογικούς µετασχηµατισµούς της ύλης (Βουρδούµπας, 1998). Ο µετασχηµατισµός, η καταστροφή και αναπαραγωγή της βιοµάζας την καθιστά ανανεώσιµη πηγή ενέργειας, ενώ χρησιµοποιείται σε µία σειρά από εφαρµογές τόσο στις αναπτυσσόµενες όσο και στις αναπτυγµένες χώρες. Ειδικότερα, στις αναπτυγµένες χώρες χρησιµοποιείται για την παραγωγή ενέργειας, χαρτιού και για υλικά κατασκευών, ενώ στις αναπτυσσόµενες χώρες χρησιµοποιείται επιπλέον, για την παραγωγή ζωοτροφών, λιπασµάτων κ.τ.λ. 4
Η βιοµάζα είναι δυνατόν να ταξινοµηθεί σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα µε το είδος των οργανισµών που χρησιµοποιούνται για την παραγωγή του. Ειδικότερα, η βιοµάζα µπορεί να προέρχεται από δασικές φυτείες (ξυλώδης βιοµάζα), από Αγροτοβιοµηχανικές φυτείες (ξυλώδης βιοµάζα), από δένδρα εκτός των δασών (ξυλώδης βιοµάζα), από αγροτικές φυτείες (Μη ξυλώδης βιοµάζα), από υπολείµµατα αγροτικών φυτειών (Μη ξυλώδης βιοµάζα), από υπολείµµατα βιοµηχανικής επεξεργασίας αγροτικών προϊόντων (Μη ξυλώδης βιοµάζα), και τέλος από απόβλητα ζώων και ανθρώπων. Ο µετασχηµατισµός της βιοµάζας σε ενέργεια προϋποθέτει µία σειρά χηµικών και µηχανικών διεργασιών η οποίες παρουσιάζονται διαγραµµατικά στο σχήµα 3 που ακολουθεί: Σχήµα 3: Η διαδικασία µετασχηµατισµού της βιοµάζας σε ενέργεια Πηγή: Μαρτζόπουλος, 2005. ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΛΑΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΥΣΙΜΑ Β Ι Ο Μ Α Ζ Α ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΛΚΟΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΕΡΟΒΙΑ ΖΥΜΩΣΗ ΑΝΑΕΡΟΒΙΑ ΖΥΜΩΣΗ ΚΙΝΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΟΧΗΜΙΚΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΜΗΧΑΝΙΚΟ ΕΡΓΟ ΚΑΥΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ Το διαθέσιµο και το εκµεταλλεύσιµο ποσοστό των γεωργικών παραπροϊόντων στη χώρα µας δίνεται στον πίνακα που ακολουθεί: Πίνακας 2: υναµικό γεωργικών παραπροϊόντων ανά κατηγορία προϊόντος Κατηγορία Έκταση Παραγωγή Υπολείµµατος Γεωργικού ιαθέσιµο Εκµεταλλεύσιµο Παραπροϊόντος (str) t/a ΜΤΙΠ/a ΜΤΙΠ/a Άχυρα 12608589 2727690 0,886 0,266 Στελέχη 6184168 3199606 0,634 0,634 Κλαδοδέµατα 8558265 2425747 0,599 0,599 5
Ελαιοπυρηνόξυλο 0 353633 0,048 0,048 Κλιµατίδες 1578024 627494 0,140 0,140 Σύνολο 28929226 9334170 2,307 1,687 Όπου ΜΤΙΠ τόνοι ισοδύναµου πετρελαίου Πηγή: Στοιµενίδης κ.α., 2005 Βάσει των δεδοµένων του πίνακα ιδιαίτερα σηµαντική θέση στην παραγωγή ενέργειας κατέχουν τα άχυρα, ενώ περιορισµένη για την παραγωγή ενέργειας είναι η συνεισφορά του ελαιοπυρηνόξυλου. Το ζητούµενο στην χρήση των γεωργικών υπολειµµάτων είναι το αναµενόµενο όφελος σε σχέση µε την χρήση του πετρελαίου ως πηγή ενέργειας. Τα παραπροϊόντα αυτά είναι δυνατόν να προσφέρουν µία ικανοποιητική λύση αφού η ποσότητά τους ανέρχεται σε 13 εκατοµµύρια τόνους σε ετήσια βάση από τους οποίους τα 5 εκατοµµύρια τόνοι είναι η διαθέσιµη ετήσια παραγωγή βιοµάζας σε ξηρό βάρος, που αντιστοιχεί σε 2.079.940 ΤΙΠ (ή 2 ΜΤΙΠ περίπου). Με δεδοµένο το υψηλό ποσοστό κατανάλωσης πετρελαίου, το οποίο ανήλθε σύµφωνα µε τα στοιχεία της ιεύθυνσης Πετρελαϊκής Πολιτικής του Υπουργείου Ανάπτυξης το έτος 2000, σε 3.300.000 τόνους η διάθεση των γεωργικών παραπροϊόντων για παραγωγή ενέργειας θα προσέφερε µια εξοικονόµηση πετρελαίου θέρµανσης της τάξης του 63% περίπου. Τα βασικά οφέλη από την χρήση των παραπροϊόντων είναι τα εξής (Παπάζογλου και Κυρίτσης, 2003): 1. Μείωση της ποσότητας των καταναλισκόµενων ορυκτών καυσίµων από τη χώρα µας, και 2. Σηµαντική µείωση της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης της ατµόσφαιρας από τους αέριους ρύπους, οι οποίοι εκλύονται κατά την ανεξέλεγκτη καύση στους αγρούς και κατά την καύση της ποσότητας του πετρελαίου θέρµανσης, που θα µπορούσε να εξοικονοµηθεί. 2. Ελαιοπυρηνόξυλο και η χρήση του Η καλλιέργεια της ελιάς στην Ελλάδα καταλαµβάνει έκταση 6.310.743 στρεµµάτων. Στη Πελοπόννησο είναι συγκεντρωµένο το 28% των εκτάσεων αυτών, 22% στην Κρήτη, 13% στα νησιά του Αιγαίου, 7% στη Θεσσαλία, 4% στη Μακεδονία, 3% στην Ήπειρο. Μερικά από τα υποπροϊόντα της τα οποία µπορούν να υποστούν ενεργειακή µεταβολή είναι: τα φύλλα, τα κλαδιά, οι ρίζες, η υποβλάστηση, τα νεκρά κλαδιά, το πυρηνόξυλο κ.α.. Τα τελευταία χρόνια το ελαιοπυρηνόξυλο άρχισε να χρησιµοποιείται αρκετά στην παραγωγή ενέργειας. Στην Ελλάδα έχει χρησιµοποιηθεί για θέρµανση θερµοκηπίων, καθώς και για την θέρµανση δηµοσίων 6
κτιρίων όπως είναι τα νοσοκοµεία στα Χανιά και στο Ηράκλειο της Κρήτης. Το παραπροϊόν αυτό που προέρχεται από την επεξεργασία της ελιάς, βρίσκει πολλές εφαρµογές για παραγωγή θερµότητας, µε δεδοµένο ότι παράγεται σε µεγάλες ποσότητες (η ετήσια παραγωγή σήµερα κυµαίνεται στους 110.000 τόνους), ενώ η χρησιµοποίηση του δεν παρουσιάζει δυσκολίες και η τιµή του είναι αρκετά ελκυστική σε σχέση µε την Ενεργειακή του αξία. Όµως θα πρέπει να αναφερθεί ότι υπάρχουν διαθέσιµοι µόνο 80.000 τόνοι ελαιοπυρηνόξυλου για το σύνολο της χώρας, ενώ και το κόστος αγοράς και µεταφοράς του στις λιγνιτικές µονάδες (40-80 ευρώ/τόνο) είναι σηµαντικά υψηλότερο από αυτό της καύσης λιγνίτη. Αυτό, όµως, θα εξισορροπείται µε τη µείωση της δαπάνης για την αγορά δικαιωµάτων εκποµπής ρύπων. Το εν λόγω παραπροϊόν παρουσιάζει σηµαντικά πλεονεκτήµατα ιδιαίτερα για την Ελλάδα, από τα οποία τα σηµαντικότερα είναι τα εξής: Α) Πρόκειται για έναν εγχώριο ενεργειακό πόρο. Β) Έχει χαµηλή τιµή σε σχέση µε την ενεργειακή του αξία. Συνεπώς αποτελεί µία φθηνή καύσιµη πρώτη ύλη σε σχέση µε το πετρέλαιο. Γ) Τέλος, µε δεδοµένο ότι το πυρηνόξυλο αποτελεί στερεή βιοµάζα οι επιπτώσεις της χρήσης του στο «φαινόµενο του θερµοκηπίου» είναι ουδέτερες. Παραπροϊόντα κατά την επεξεργασία του ελαιόκαρπου. Ελαιόκαρπος 100 tn Ελαιόλαδο 21 tn Ελαιοπυρήνας 35-45 tn Φύλλα 3-5 tn Λιόζουμα 85-175 tn Ακατέργαστο Πυρηνέλαιο 1-2 tn Πυρηνόξυλο 18-23 tn Βρώσιμο Πυρηνέλαιο Σαπούνια Τα χαρακτηριστικά του πυρηνόξυλου είναι: α) Αποτελεί καύσιµο χαµηλού κόστους (0,05 /kg) σε σχέση µε τη θερµική του αξία 3.500-4.000 Kcal/Kg (16 MJ/kg) (4.4 KWH/kg). β) Τα καυσαέρια από τη καύση του δεν περιέχουν ενώσεις του θείου. γ) Έχει υγρασία 12-15% 7
δ) Έχει υψηλή περιεκτικότητα σε τέφρα, 4,5 % κ.β. ε) Η µέση θερµογόνος δύναµη του είναι 3.500 Kcal/kg ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Πυρηνόξυλο 150Χ10 9 Kcal (98.8%) Πυρηνόξυλο 200Χ10 9 Kcal Ηλεκτρική Ενέργεια 2Χ 10 9 Kcal (1,2%) ΣΥΝΟΛΟ 152Χ10 9 Kcal Από τον πίνακα αυτό προκύπτει ότι το ποσοστό της καταναλισκόµενης ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση µε τη συνολικά καταναλισκόµενη θερµική και ηλεκτρική ενέργεια στα πυρηνελαιουργεία είναι πολύ µικρό. Η κατανοµή της παραγωγής ελαιοπυρηνόξυλου στους νοµούς της Ελλάδας (Βουρδουµπάς, 2000), δίνεται στον πίνακα που ακολουθεί: Πίνακας 3: Παραγωγή ελαιοπυρηνόξυλου ανά έτος στους νοµούς της Ελλάδας ΝΟΜΟΣ ΠΥΡΗΝΟΞΥΛΟ (Τόνοι/έτος) 1. Ηράκλειο 46.766 2. Μεσσηνία 42.760 3. Χανιά 32.110 4. Ηλεία 24.147 5. Λέσβος 24.048 6. Λακωνία 23.470 7. Αχαΐα 18.185 8. Κέρκυρα 17.558 9. Εύβοια 16.343 10. Λασίθι 16.272 Η διαδικασία παραγωγής ενέργειας από το ελαιοπυρηνόξυλο για την θέρµανση θερµοκηπίων περιγράφεται στις παραγράφους που ακολουθούν: Το πυρηνόξυλο από κατάλληλα σιλό µεταφέρεται σε ένα καυστήρα/λέβητα, και το θερµό νερό που παράγεται κυκλοφορώντας σε επιδαπέδιο σύστηµα σωληνώσεων που βρίσκεται εντός του θερµοκηπίου θερµαίνει το χώρο. Το πυρηνόξυλο µεταφέρεται αυτόµατα σε µια κοχλιωτή έλικα του Αρχιµήδη στον καυστήρα, ενώ µε ένα ανεµιστήρα διοχετεύεται αέρας στον καυστήρα για να διευκολύνει την καύση. Στην περίπτωση επιδαπέδιου συστήµατος πλαστικών 8
σωληνώσεων η θερµοκρασία του θερµού νερού κυµαίνεται στους 55-C περίπου και η θερµοκρασία του νερού επιστροφής 5-8-C χαµηλότερα. Σηµαντικό πλεονέκτηµα των συστηµάτων αυτών είναι ότι αυτοµατοποιούνται πλήρως και µπορούν να επιτύχουν πλήρη έλεγχο της θερµοκρασίας εντός του θερµοκηπίου. Ένα τέτοιο σύστηµα θέρµανσης παρουσιάζεται διαγραµµατικά στο σχήµα που ακολουθεί: καυσαέρια ΣΙΛΟ ελαιοπυρηνόξυλο ΠΑΡΑΓΩΓΗ Θερµό ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟ ΕΛΑΙΟΠΥΡΗΝΟΞΥΛΟΥ ΘΕΡΜΟΥ νερό ΝΕΡΟΥ κρύο νερό Σχήµα 5: Θέρµανση θερµοκηπίων από ελαιοπυρηνόξυλο Πηγή: Βουρδουµπάς, 2000 Εναλλακτικά, όπως προαναφέρθηκε είναι δυνατή η χρησιµοποίησή του και για θέρµανση µεγάλων δηµόσιων κτιρίων, µε χαρακτηριστικό παράδειγµα την θέρµανση των νοσοκοµείων του Ηρακλείου και των Χανίων. Η θέρµανση των νοσοκοµείων µε βιοµάζα περιγράφεται στις παραγράφους που ακολουθούν: Με την επεξεργασία της ελιάς στο ελαιουργείο, λαµβάνουµε ελαιόλαδο και ελαιοπυρήνα. Η ελαιοπυρήνα στην συνέχεια οδηγείται στα πυρηνελαιουργεία όπου αλέθεται και ξηραίνεται σε περιστροφικά ξηραντήρια κυλινδρικού τύπου µέχρι να µειωθεί η υγρασία της σε 10% έως 12%. Στη συνέχεια µε εξάνιο ως διαλυτικό εκχυλίζεται το πυρηνέλαιο και λαµβάνεται το πυρηνόξυλο. Ο διαχωρισµός του ελαίου από το εξάνιο γίνεται µε απόσταξη σε κατάλληλες στήλες ( αποστακτήρες) όπου λαµβάνεται το πυρηνέλαιο και ανακτάται το εξάνιο το οποίο χρησιµοποιείται ξανά. Ορισµένα πυρηνελαιουργεία διαθέτουν µονάδες διαχωρισµού του πυρηνόξυλου σε δύο τµήµατα, το ένα το πλούσιο σε κυτταρίνες και το άλλο πλούσιο σε πρωτεΐνες το οποίο χρησιµοποιείται στη βιοµηχανία ζωοτροφών. Το κυτταρινούχο τµήµα του πυρηνόξυλου µετά το διαχωρισµό του, έχει µεγαλύτερη θερµογόνο δύναµη από το πυρηνόξυλο πριν το διαχωρισµό. Επιπλέον σε ότι αφορά την παραγωγή θερµού νερού δύο τρόποι παραγωγής έχουν καταγραφεί: 9
1. Στη πρώτη περίπτωση στο σύστηµα παραγωγής θερµού νερού (καυστήραςλέβητας, αποθήκη πυρηνόξυλου) θα βρίσκεται πλησίον του νοσοκοµείου σε γειτονικό οικόπεδο. 2. Στη δεύτερη περίπτωση το θερµό νερό θα παράγεται σε πυρηνελαιουργεία που βρίσκονται πλησίον των Νοσοκοµείων (Πλησίον του ΠΕ.ΠΑ.Γ.Ν.Η. στο Ηράκλειο βρίσκεται το πυρηνελαιουργείο της ΓΙΑΝΝΟΥΛΗΣ Α.Ε., ενώ κοντά στο Νοσοκοµείο Χανίων βρίσκεται το πυρηνελαιουργείο της Α.Β.Ε.Α.) και θα µεταφέρεται µε δίκτυο καλά µονωµένων σωλήνων στο χώρο των νοσοκοµείων. Για την επιλογή µιας εκ των δύο µεθόδων απαιτείται τεχνικοοικονοµική µελέτη όπου θα αξιολογούνται τα δεδοµένα, τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατα της κάθε µίας. Σχηµατικά οι δύο µέθοδοι που µπορούν να χρησιµοποιηθούν δίνονται στο σχήµα 3 που ακολουθεί: Σχήµα 3: ιάγραµµα ροής δύο εναλλακτικών περιπτώσεων παραγωγής θερµού νερού από πυρηνόξυλο για θέρµανση των Νοσοκοµείων Χανίων και Ηρακλείου. Πηγή: Βουρδουµπάς, 2007 Τα σύγχρονα συστήµατα καύσης της βιοµάζας είναι τεχνολογικά πιο πολύπλοκα σε σχέση µε παλαιότερα και περιλαµβάνουν τα εξής (www.cres.gr): 1. Αυτόµατο καθαρισµό των εναλλακτών θερµότητας από την επικαθήµενη σκόνη 2. Αυτόµατη περισυλλογή της στάχτης 3. Εξ αποστάσεως έλεγχος του συστήµατος θέρµανσης από τον κατασκευαστή 4. Σύστηµα αποµάκρυνσης της σκόνης από τα απαέρια καύσης µε κυκλώνα 10
Σε σχέση µε το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, η καύση της βιοµάζας δηµιουργεί περισσότερες εκποµπές CΟ και σκόνης, λιγότερες εκποµπές SO 2, ενώ όσον αφορά τα ΝΟ x (οξείδια του αζώτου) οι εκποµπές είναι περίπου οι ίδιες. Τέλος είναι σηµαντικό να επισηµάνουµε ότι έπειτα από πρόσφατη έρευνα από το Εργαστήριο Ατµοπαραγωγών και Θερµικών Εγκαταστάσεων του ΕΜΠ (ΕΑΘΕ) για το ενδεχόµενο της ενεργειακής αξιοποίησης του ελαιοπυρηνόξυλου ως συµπληρωµατικό καύσιµο σε µονάδες καύσης στερεών καυσίµων, προέκυψε το συµπέρασµα ότι το ελαιοπυρηνόξυλο µπορεί να χρησιµοποιηθεί ως καύσιµο υποστήριξης του λιγνίτη σε βιοµηχανικές εγκαταστάσεις, όπως είναι οι Θερµικοί Σταθµοί της ΕΗ, µε την προϋπόθεση ότι θα πραγµατοποιηθούν απαραίτητες κατασκευαστικές τροποποιήσεις. Το πρώτο πείραµα µεικτής καύσης βιοµάζας και λιγνίτη πραγµατοποιήθηκε στη Μονάδα 1 του ΑΗΣ Καρδιάς στην Κοζάνη µε εξαιρετικά αποτελέσµατα. Χρησιµοποιήθηκαν 500 τόνοι ελαιοπυρηνόξυλου από τη Χαλκιδική, σε ποσοστό 6% κατά βάρος καυσίµου, κι αυτό απέδωσε διπλάσια θερµική ισχύ από αυτήν του λιγνίτη, ενώ δεν παρουσιάστηκε το παραµικρό πρόβληµα στην ηλεκτροπαραγωγή. Σε όλη τη χώρα υπάρχουν διαθέσιµοι µόνο 80.000 τόνοι ελαιοπυρηνόξυλου, ενώ το κόστος αγοράς και µεταφοράς του στις λιγνιτικές µονάδες (40-80 ευρώ/τόνο) είναι σηµαντικά υψηλότερο από αυτό της καύσης λιγνίτη. Αυτό, όµως, θα εξισορροπείται µε τη µείωση της δαπάνης για την αγορά δικαιωµάτων εκποµπής ρύπων. 3. Βιοδιύλιση Η σύγχρονη πρόταση για την αειφορική και οικονοµικά αξιόπιστη παραγωγή βιοκαυσίµων από ενεργειακά φυτά εκφράζεται µέσω της διαδικασίας της Βιο διύλισης. Ειδικότερα, η βιοδιυλιση περιλαµβάνει την αξιοποίηση κάθε µέρους του φυτού για την παραγωγή βιοκαυσίµων και άλλων υψηλής προστιθέµενης αξίας προϊόντων (χηµικά-βιοχηµικά προϊόντα, προϊόντα διατροφής, ζωοτροφές, λιπάσµατα). Πιο συγκεκριµένα, είναι µονάδα παραγωγής που συγκεντρώνει διεργασίες µετατροπής βιοµάζας σε καύσιµα, ενέργεια και χηµικά α) Εκµετάλλευση των διαφορετικών ιδιοτήτων των συστατικών της βιοµάζας και των ενδιάµεσων προϊόντων β) Παράλληλη παραγωγή χηµικών προϊόντων και καυσίµων γ) Παραγωγή ενέργειας (για αυτονοµία της διεργασίας ή εκµετάλλευση) Σχηµατικά η βιοδυϊλιση δίνεται στο σχήµα 4 που ακολουθεί: 11
Σχήµα 4: ιαγραµµατική παρουσίαση της βιοδυίλισης (Μαρτζόπουλος, 2007) Πηγή: www.york.ac.uk/res/gcg/gcg/images/biorefinery.jpg Στην παραπάνω διασικασία χρησιµοποιούνται αντί για άνθρακας, παραπροϊόντα καλλιεργειών όπως είναι το άχυρο των σιτηρών, οι σπάδικες και τα στελέχη του αραβοσίτου, τα στελέχη και τα φύλλα του βαµβακιού και του ηλίανθου, τα άχρηστα φύλλα, τα στελέχη και οι φούντες του καπνού, τα κλαδοδέµατα, οι κληµατίδες, το ελαιοπυρηνόξυλο κ.ά. Η ποσότητα αυτών των υπολειµµάτων της φυτικής παραγωγής είναι σηµαντική και αντιπροσωπεύει ένα µεγάλο ενεργειακό δυναµικό. Επεξεργάζονται µέχρι 240 τόνους ηµερησίως βιοµάζας και δεν παράγουν ανεξέλεγκτες ποσότητες ρύπων και συντελούν κυρίως στην παραγωγή βιοαιθανόλης. Είναι αξιοσηµείωτο ότι στα βιοδιυλιστήρια παράγεται, ανάλογα µε τις απαιτήσεις της αγοράς και τις επικρατούσες τιµές, εκείνο το «καλάθι» προϊόντων που εξασφαλίζει το καλύτερο οικονοµικό αποτέλεσµα. Τα βιοδιυλιστήρια είναι εξαιρετικά ευέλικτα σχήµατα παραγωγής. Η τεχνολογία του βιοδιυλιστηρίου είναι σε πειραµατικό κυρίως στάδιο και σύµφωνα µε την παρουσίαση Τεχνολογική Πλατφόρµα Βιοκαυσίµων Θεσσαλίας των Μιχαήλ Μαρουλάκη (ΕΛ.ΒΙ.), Καθ. ηµητρίου Καρώνη (ΕΜΠ) και Άγγελου Λάππα (ΕΚΕΤΑ) το τεχνολογικό χρονοδιάγραµµα για τα Βιοδιυλιστήρια είναι : 1. Σύζευξη διυλιστηρίου-βιοδιυλιστηρίου 2014-2019 2. Σύζευξη βιοχηµικών θερµοχηµικών διεργασιών 2014-2019 12
3. Συστήµατα διαχωρισµού χηµικών από βιοέλαια 2014-2019 4. Παραγωγή καυσίµων και παραπροϊόντων από διάφορες λιγνοκυτταρινικές τροφοδοσίες 2016-2019 5. ιερεύνηση χρήσης char 2014-2016 6. Ανάλυση αγοράς για προϊόντα βιοδιυλιστηρίου (βιοκαύσιµα και χηµικά) 2014-2016 7. Εργαλεία προσοµοίωσης και βελτιστοποίησης ολοκληρωµένων συστηµάτων διεργασιών 2014-2019 8. Συστήµατα διαχείρισης εφοδιαστικής αλυσίδας logistics βιοµάζας και βιοκαυσίµων 2014-2019 9. Εργαλεία αξιολόγησης αειφορίας (π.χ. LCA) 2014-2017 10.Βελτιστοποίηση σχεδιασµού συστηµάτων βιοδιυλιστηρίου 2020-2029 11.Ανάπτυξη βιοδιυλιστηρίων βιοµηχανικής κλίµακας 2020-2030 12.Μελέτη πρωτοποριακών συστηµάτων για παραγωγή νέων χηµικών βιολογικών προϊόντων. 2020-2027 4. Μελέτη περίπτωσης Εγκατάσταση Μέγιστο οικονοµικό όφελος Έστω ότι θέλουµε να κατασκευάσουµε µία επιχείρηση η οποία χρησιµοποιεί για την παραγωγή θερµικής ενέργειας ελαιοπυρηνόξυλο µε τη διαδιακασία της βιοδυίλισης. Εναλλακτικά η εν λόγω επιχείρηση χρησιµοποιεί και πετρέλαιο. Μέσω της διαδικασίας που θα ακολουθηθεί θα εξεταστεί ποια από τις δύο πηγές ενέργειας είναι περισσότερο κερδοφόρα για την επιχείρηση. Στην παρούσα εργασία χρησιµοποιούµε την παραγωγή θερµικής ενέργειας. Η επιχείρηση είναι ένα ξενοδοχείο στην Καλαµάτα, το οποίο χρειάζεται θερµική ενέργεια, και χρησιµοποιεί για την παραγωγή της τη βιοδυίλιση. Η οικονοµικότητα του βιοδιυλιστηρίου επιτυγχάνεται µε το συνδυασµό των µεµονωµένων τµηµάτων και την παραγωγή εµπορεύσιµων προϊόντων. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι η θερµογόνος δύναµη του πυρηνόξυλου κυµαίνεται σε 3500-4000 Kcal/Kg, ενώ ο βαθµός απόδοσης του συστήµατος θέρµανσης (καυστήρας- λέβητας) κυµαίνεται σε 70-85%. Η τιµή του πυρηνόξυλου στην Καλαµάτα ανέρχεται σε 0,07 ευρώ το κιλό, το έτος 2005. Θεωρούµε ότι οι ανάγκες της ξενοδοχειακής µονάδες για θερµική ενέργεια σε ώρες αιχµής ανέρχονται σε 1000 Mkcal/h. Αυτό σηµαίνει πως για την κάλυψη αναγκών θέρµανσης απαιτούνται 612 τόνοι το έτος. Συνεπώς το κόστος θέρµανσης για την εν λόγω επιχείρηση ανέρχεται σε 42.840 /έτος. Το κόστος αυτό αποτελεί το 13
λειτουργικό κόστος ανά έτος της επιχείρησης αν χρησιµοποιεί ελαιοπυρηνόξυλο για να καλύψει η επιχείρηση τις ανάγκες θέρµανσης. Σε ότι αφορά το σταθερό κόστος του λέβητα ο οποίος παράγει θερµική ενέργεια λόγω της έλλειψης επαρκών στοιχείων υποθέσαµε ότι το κόστος αυτού ανέρχεται σε 35.000 ευρώ δεδοµένου ότι ένας τέτοιος λέβητας για οικιακή χρήση κοστίζει περίπου 4-5.000 ευρώ, ενώ 10% είναι το ποσό συντήρησης το έτος. Σε ότι αφορά το κόστος της επιχείρησης ανά έτος που χρησιµοποιεί ελαιοπυρηνόξυλο θα δίνεται από την σχέση: C = 35.000 * a + 0,07 * x =3.500+42.840=46.340 Όπου x είναι η ποσότητα ελαιοπυρηνόξυλου που απαιτείται για την κάλυψη των αναγκών σε θερµότητα και θερµό νερό της υπό εξέταση ξενοδοχειακής µονάδας. Στην περίπτωση που η εν λόγω επιχείρηση χρησιµοποιεί πετρέλαιο θεωρώντας πως η τιµή του ανά κυβικό µέτρο ανέρχεται το έτος 2005 σε 0,55 ευρώ το λίτρο. Για την κάλυψη των θερµικών αναγκών της υπό εξέταση µονάδας χρειάζονται περίπου 194 κυβικά µέτρα και συνεπώς το κόστος χρησιµοποίησης του πετρελαίου ανέρχεται σε 107.650 ευρώ. Επιπλέον, έστω ότι το κόστος εγκατάστασης του λέβητα καύσης πετρελαίου ανέρχεται στις 15.000 ευρώ, ενώ το κόστος συντήρησης ως ποσοστό του κόστους εγκατάστασης ανέρχεται στο 10%. Αυτό σηµαίνει πως το κόστος συντήρησης ανά έτος είναι 1500 ευρώ. Συνεπώς το κόστος της υπό εξέταση επιχείρησης όταν χρησιµοποιεί πετρέλαιο κάνοντας χρήση της ίδιας σχέσης θα ανέρχεται σε 109.150 ευρώ. Βάσει των παραπάνω υπολογισµών όταν η επιχείρηση χρησιµοποιεί ελαιοπυρηνόξυλο µειώνει το κόστος κατά 62.810 ευρώ/έτος. Λαµβάνοντας όµως υπόψη και την επιβάρυνση που προκαλεί η χρήση του πετρελαίου στο περιβάλλον λόγω της εκποµπής αερίων CO 2, το συνολικό όφελος είναι πολύ µεγαλύτερο. 5. Βιβλιογραφικές αναφορές Βουρδουµπάς Ι., 1998 «υνατότητες συµπαραγωγής θερµότητος και ηλεκτρισµού από πυρηνόξυλο σε πυρηνελαιουργείο». Παρουσιάστηκε στο Συνέδριο «Εφαρµογές των Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας Εθνικές προτεραιότητες και Ευρωπαϊκή στρατηγική», σελ. 463-465. 14
Βουρδουµπάς Ι., «Χρηση Των Ανανεωσιµων Πηγων Ενεργειας Και Των Τεχνολογιων Εξοικονοµησης Ενεργειας Στη Θερµανση Θερµοκηπιων», εκδόσεις ΣΕΛΚΑ, Αθήνα. 2000. Βουρδουµπάς Γ., 2007. «Η ελιά και η παραγωγή ενέργειας από τα προϊόντα της»,γεωργια ΚΑΙ ΚΤΗΝΟΤΡΟΦΙΑ, τεύχος 5, 42-47 Vourdoubas Ι. Use of olive kernel wood for trigeneration in Crete presented in the 15 th European Biomass conference, 7-11 May 2007, Berlin. Κίττας Κ, Γιαγλάρας Π, Κούτρα Α, (2002). Θέρµανση θερµοκηπίων µε βιοµάζα στη Μαγνησία. Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας, Τµήµα Γεωπονίας, Φυτικής και Ζωικής Παραγωγής Εργαστήριο Γεωργικών Κατασκευών και Ελέγχου Περιβάλλοντος Παπάζογλου Ε., Κυρίτσης Γ., 2002. Περιβαλλοντικά οφέλη από τη διάθεση γεωργικών προϊόντων. Επιστηµονική Εργασία του Γεωπονικού Πανεπιστηµίου Αθηνών (vergina.eng.auth.gr). Στοϊµενίδης Α, Κωτσόπουλος Θ, Μαρτζόπουλος Γ, (2005). Βιοµάζα: Εναλλακτική πηγή ενέργειας για την µείωση κόστους παραγωγής αγροτικών προϊόντων. Εργαστήριο Εναλλακτικών Πόρων στη Γεωργία. Πρακτ. του συνεδρίου Νέες τεχνολογίες και καινοτοµίες στη γεωργική παραγωγή και την αγροτική ανάπτυξη, Λάρισα. Χωραφά Μ, (2003). «Βιοµάζα: µια σηµαντική εναλλακτική µορφή ενέργειας». ιαθέσιµο στο http://www.industrynews.gr Ιστοσελίδες www.purevisiontechnology.com/biorefinery_schematic.html www.york.ac.uk/res/gcg/gcg/images/biorefinery.jpg 15