«ΣΤΕΡΕΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ. Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΟΞΥΛΟΥ» ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ Γ. ΣΤΕΡΓΙΟΥ Τεχνολόγος Γεωπόνος Α.Μ.:145/200724

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΣΧΟΛΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΠΜΣ ΓΕΩΡΓΙΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ «ΣΤΕΡΕΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ. Η ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΟΞΥΛΟΥ» ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ Γ. ΣΤΕΡΓΙΟΥ Τεχνολόγος Γεωπόνος Α.Μ.:145/200724 Υπεύθυνος Καθηγητής Ν. Γ. ΔΑΝΑΛΑΤΟΣ MSc, PhD Μυτιλήνη Οκτώβριος 2008

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ...3 2. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΜΑΖΑ...5 2.1 Πλαίσιο για τις Α.Π.Ε...5 2.2 Η Βιομάζα ως ενεργειακός πόρος...6 2.2.1 Μετατροπές της βιομάζας...8 2.2.2 Ενεργειακή αξιοποίηση βιομάζας...11 2.2.3 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της ενεργειακής χρήσης της βιομάζας..13 2.3 Ενεργειακή γεωργία...15 2.3.1 Πλεονεκτήματα της ενεργειακής γεωργίας...16 2.4. Βιοκαύσιμα...16 2.4.1 Υγρά Βιοκαύσιμα...16 3. ΣΤΕΡΕΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ...21 3.1 Γενικά...21 3.2 Πρώτες ύλες βιοκαυσίμων...22 3.2.1 Ξύλο...22 3.2.2 Φλοιός...23 3.2.3 Τύρφη...23 3.2.4 Ενεργειακές καλλιέργειες...24 3.2.5 Άλλες πρώτες ύλες...28 3.2.6 Ξύλινα Τσιπς...28 3.2.7 Θρύμματα Βιοκαυσίμων...29 3.3 Κατεργασμένη Βιομάζα...30 3.3.1 Πελλέτες...30 3.3.2 Μπρικέττες...31 3.3.3 Πρόσθετες ουσίες...33 3.3.4 Μετατροπή Βιομάζας σε Πελλέτες /Μπρικέττες...35 3.3.5 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα Πελλετοποίησης...42 3.3.6 Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα Μπρικεττοποίησης...42 3.4 Χρήσεις Στερεών καυσίμων...43 3.4.1 Θέρμανση κατοικιών και κτιρίων...43 3.4.1 Οικιακές Θερμάστρες πελλετών...43 3.4.3 Καυστήρες πελλετών- μπρικεττών και η συντήρησή τους...46 3.4.4 Λέβητες πελλετών (boilers)...49 4. ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΕΛΑΙΟΤΡΙΒΕΙΩΝ...52 4.1 Γενικά...52 4.2 Παραγωγή αποβλήτων ελαιοτριβείων...54 4.3 Παραγωγή αποβλήτων πυρηνελαιουργείων...56 4.4 Ανασκόπηση της διαχείρισης αποβλήτων ελαιοτριβείων...57 4.4.1 Διαχείριση Υγρών Αποβλήτων...60 4.4.2 Διαχείριση στερεών αποβλήτων...61 5. ΤΟ ΠΥΡΗΝΟΞΥΛΟ...71 5.1 Γενικά...71 5.2 Χρήσεις Πυρηνόξυλου...72 5.3 Πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα της χρήσης πυρηνόξυλου...76 5.4 Εγκαταστάσεις στην Ελλάδα...77 5.5 Εγκαταστάσεις στην Ε.Ε...81 5.6 Οικονομική αποτίμηση πυρηνόξυλου-πετρελαίου...82 5.7 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις...84 1

5.8 Πυρηνολέβητες...88 5.9 Προβλήματα καύσης βιομαζών στο λέβητα...89 5.10 Προτεινόμενες λύσεις...91 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ...96 2

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το αντικείμενο με το οποίο έχει ασχοληθεί η συγκεκριμένη εργασία είναι η παραγωγή ενέργειας από τα στερεά βιοκαύσιμα και συγκεκριμένα από τα στερεά απόβλητα των ελαιοτριβείων (πυρηνόξυλο). Η Ελλάδα κατέχει την 3 η θέση παγκοσμίως στην παραγωγή ελαιολάδου, με περίπου 28.000 τόννους σε ετήσια βάση, δηλαδή περίπου το 15% της παγκόσμιας παραγωγής, μετά την Ισπανία και την Ιταλία. Για τον λόγο αυτό το ποσοστό των αποβλήτων που παράγονται κάθε χρόνο στην Ελλάδα είναι περίπου 1.500.000 τόννοι υπολειμμάτων, ποσό αρκετά μεγάλο για να δημιουργήσει σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα εάν δεν αξιοποιηθούν σωστά τα απόβλητα αυτά. Η επιλογή του συγκεκριμένου θέματος έγινε γιατί το ενεργειακό πρόβλημα είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που καλείται να αντιμετωπίσει η ανθρωπότητα. Οι προβλέψεις διαφόρων διεθνών οργανισμών δείχνουν ότι αν οι σημερινές τάσεις αύξησης της παγκόσμιας ενεργειακής ζήτησης παραμείνουν αμετάβλητες, η παγκόσμια ενεργειακή κατανάλωση θα αυξάνεται με ρυθμό περίπου 1,7 έως 2% το χρόνο στις επόμενες δεκαετίες. Επίσης, θα υπάρχει θερμοκρασιακή αύξηση 2-5 o C και πιθανή αύξηση της στάθμης της θάλασσας κατά 1,8-2,4 μέτρα, ως αποτέλεσμα των συντελούμενων κλιματικών αλλαγών (Ture et al.,1997). Το 80% της συνολικά χρησιμοποιούμενης πρωτογενούς ενέργειας παγκοσμίως (UNEP, 2004) και το 87% περίπου της εμπορεύσιμης πρωτογενούς ενέργειας ικανοποιείται από ορυκτά καύσιμα. (Spitzer et al., 1994). Σύμφωνα με πολλούς ερευνητές, τα αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου του πλανήτη αναμένεται να έχουν εξαντληθεί πριν τα μέσα του 21ου αιώνα (Klass, 2004). Συγχρόνως, η χρήση της ενέργειας συμβάλλει κατά 60% στην ανθρωπογενή συνεισφορά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου (επιπλέον 15% η χρήση χημικών, 12% η γεωργία, 9% η αλλαγή χρήσεων γης και 4% άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες) ενώ η ανθρωπογενής επίδραση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου οφείλεται κατά 50% στις εκπομπές CO 2 (Demirbas, 2004). Υπολογίζεται ότι οι ετήσιες εκπομπές CO 2 στην ατμόσφαιρα είναι περίπου 26 δισεκατομμύρια τόνοι με το 80% να προέρχεται από τη χρήση των ορυκτών καυσίμων (λιγνίτης, πετρέλαιο, φυσικό αέριο κ.α.). Η Διάσκεψη του Ρίο (1992), η υπογραφή του πρωτοκόλλου του Κιότο (1997) και η Πράσινη (1996) και Λευκή Βίβλος (1997) για την Ενέργεια της ΕΕ θεωρούνται γεγονότα σταθμοί για την προώθηση της βιομάζας ως ενεργειακή πηγή (Moreira et 3

al., 1992). Η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της βιομάζας, αναμένεται να ελαχιστοποιήσει το φαινόμενο του θερμοκηπίου και τις συνεπαγόμενες αρνητικές επιπτώσεις του στον πλανήτη (EEA, 2004b, Romero- Gonzalez et al., 2006). Η βιομάζα αποτελεί μια σημαντική, ανεξάντλητη και φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας, η οποία είναι δυνατό να συμβάλλει σημαντικά στην ενεργειακή επάρκεια, αντικαθιστώντας τα συνεχώς εξαντλούμενα αποθέματα ορυκτών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο). Η χρήση της βιομάζας ως πηγής ενέργειας δεν είναι νέα. Σ αυτήν, εξάλλου, συγκαταλέγονται τα καυσόξυλα και οι ξυλάνθρακες που για μεγάλο χρονικό διάστημα κάλυπταν σημαντικά ποσοστά των ενεργειακών αναγκών. Η εργασία στηρίζεται στην ανασκόπηση της βιβλιογραφίας, σε επιστημονικά άρθρα, συνέδρια και στο διαδίκτυο. Η μεθοδολογία που έχει ακολουθηθεί είναι πρώτα η ανάλυση της υπάρχουσας ενεργειακής γεωργίας και της βιομάζας που προκύπτει από αυτή. Στη συνέχεια γίνεται ανάλυση των στερεών βιοκαυσίμων και οι μετατροπές με τις οποίες γίνεται καλύτερη ενεργειακή αξιοποίηση, ενώ τέλος αναλύεται η παραγωγική διαδικασία του πυρηνόξυλου, οι χρήσεις που μπορεί να έχει, η οικονομική σύγκριση με το πετρέλαιο, τα προβλήματα που δημιουργούνται στους πυρηνολέβητες, καθώς και οι προτεινόμενες λύσεις. 4

2. ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΓΕΩΡΓΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΜΑΖΑ 2.1 Πλαίσιο για τις Α.Π.Ε. Από τον προηγούμενο αιώνα, οι κοινωνικοτεχνολογικές καινοτομίες, η αφθονία του πετρελαίου και το χαμηλό κόστος των ενεργειακών πηγών επηρέασαν σημαντικά, την ποιότητα και τον τρόπο ζωής. Εξαιτίας των παραπάνω λόγων δημιουργήθηκαν περιβαλλοντικά προβλήματα, όπως η παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας εξαιτίας της έξαρσης του φαινόμενου του θερμοκηπίου, η μείωση του στρώματος του όζοντος, η ρύπανση των υδάτων και του αέρα, καθώς και η απόθεση επιβλαβών αποβλήτων. Κατά καιρούς έχουν γίνει διάφορες προτάσεις, συμπεριλαμβανομένης της βιώσιμης χρήσης ανανεώσιμων πόρων και την αντικατάσταση των μη ανανεώσιμων πόρων για την άμεση λύση αυτών των προβλημάτων. (Metz et al., 2001, Korhonen, 2001, Ehrenfeld, 1997). Ο δεσμευτικός στόχος για την Ελλάδα καθορίζεται ως: 18% συμμετοχή των Α.Π.Ε. στην κάλυψη της εθνικής κατανάλωσης ενέργειας το 2020, με έτος βάσης το 2005, στο οποίο η αντίστοιχη καταγεγραμμένη συμμετοχή των Α.Π.Ε. ανέρχεται σε 6,9% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας στη χώρα. Ο ποσοτικός αυτός στόχος του 2020 δεν εξειδικεύεται ή κατανέμεται σε επιμέρους ποσοτικούς ενεργειακούς στόχους π.χ. για την ηλεκτρική ή τη θερμική ενέργεια από ΑΠΕ. Η σχετική κατανομή επαφίεται στο συγκεκριμένο Κράτος-Μέλος, το οποίο είναι υποχρεωμένο να την ποσοτικοποιήσει και να την τεκμηριώσει στο Εθνικό Σχέδιο Δράσης για τις ΑΠΕ (Άρθρο 4 του Σχεδίου Οδηγίας), το οποίο και θα υποβάλλει στην Ευρωπαϊκή Επιτροπή, το αργότερο μέχρι τις 31.03.2010. Σε κάθε περίπτωση ο δεσμευτικός εθνικός στόχος του 18% για τις ΑΠΕ (2020) συνδυάζεται και λειτουργεί σε πλήρη συνέργεια με τρεις άλλους, επίσης δεσμευτικούς στόχους που έχουν τεθεί στον ίδιο χρονικό ορίζοντα του 2020, σε Κοινοτικό-καταρχήν-επίπεδο: Την κατά 20% μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, σε σχέση με τα επίπεδα του 1990 (30% μείωση, υπό προϋποθέσεις αντίστοιχης στόχευσης από άλλες, οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες, διεθνώς.) Την κατά 20% πρόσθετη εξοικονόμηση ενέργειας, σε σχέση (over and above) με το σενάριο πλήρους εφαρμογής των ήδη θεσμοθετημένων Κοινοτικών και εθνικών πολιτικών, δράσεων και μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας. 5

Την κατά 10 % συμμετοχή των βιοκαυσίμων, σε ενεργειακή βάση, στη συνολική κατανάλωση καυσίμων μεταφορών (ο στόχος αυτός εφαρμόζεται τόσο σε επίπεδο Ευρωπαϊκής Ένωσης, όσο και για κάθε Κράτος-Μέλος χωριστά). 2.2 Η Βιομάζα ως ενεργειακός πόρος Βιομάζα είναι η μάζα βιολογικών υλικών που προέρχεται από ζωντανούς οργανισμούς και από βιολογικούς μετασχηματισμούς της ύλης (Βουρδουμπάς, 1999). Είναι αποτέλεσμα της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτικών οργανισμών. Τα φυτά μετασχηματίζουν την ηλιακή ενέργεια (ορατό φάσμα), με βασικές πρώτες ύλες το νερό και το CO 2 σε βιομάζα. Κατά τη διαδικασία μετατροπής αυτής της πράσινης πηγής ενέργειας, όλα τα στοιχεία εκτός του αζώτου, επιστρέφουν ως στάχτη στο έδαφος. Έτσι δημιουργείται ο σχεδόν κλειστός κύκλος παραγωγής ενέργειας από βιομάζα. Είναι ανανεώσιμη με την έννοια ότι μετασχηματίζεται, καταστρέφεται και αναπαράγεται. Ουσιαστικά είναι ένας αέναος μετατροπέας της ηλιακής ενέργειας, η οποία αποθηκεύεται σε χημική μορφή στα οργανικά προϊόντα της φωτοσύνθεσης. Η απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας (προσπίπτουσας ακτινοβολίας) σε αποθηκευμένη χημική μέσο της φωτοσύνθεσης των φυτών, είναι χαμηλή (in vivo), της τάξης του 1-2% (El Bassam, 1998, McKendry, 2002, Klass, 2004). Υπολογίζεται ότι το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας που μετατρέπεται σε καθαρή πρωτογενή παραγωγή βιομάζας στα χερσαία οικοσυστήματα του πλανήτη είναι κατά μέσο όρο 1% (Βερεσόγλου, 1996). Οι περισσότερες μορφές βιομάζας συνίστανται από νερό καθώς και κυτταρίνες, ημικυτταρίνες και λιγνίνες σε διάφορες αναλογίες, στις οποίες και εμπεριέχεται η αποθηκευμένη χημική ενέργεια. Η τυπική σύνθεση της βιομάζας είναι 50% άνθρακας, 43% οξυγόνο και 6% υδρογόνο και ο χημικός της τύπος είναι C6n(H 2 O)5n (Βουρδουμπάς, 1999). Η ξηρή βιομάζα έχει θερμογόνο δύναμη (θερμική αξία) 15-20 MJ/kg (Scurlock, 2001, Klass, 2004). Ο σχεδόν κλειστός κύκλος παραγωγής ενέργειας από βιομάζα παρουσιάζεται στο σχήμα 2.1. 6

Σχήμα 2.1: Ο κύκλος παραγωγής ενέργειας από βιομάζα (El Bassam, 1998). Σύμφωνα με πολλούς ερευνητές, τα αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου του πλανήτη αναμένεται να έχουν εξαντληθεί πριν τα μέσα του 21ου αιώνα (Klass, 2004), ενώ προβλέπεται η εξάντληση των γνωστών μέχρι σήμερα κοιτασμάτων πετρελαίου μέχρι το έτος 2027 (Klass, 1998). Τα σημερινά αποθέματα πετρελαίου είναι περίπου 1,2 τρισεκατομμύρια βαρέλια ενώ η αύξηση της τιμής πετρελαίου κατά 10$ το βαρέλι υπολογίζεται ότι συντελεί σε επιβράδυνση της παγκόσμιας οικονομίας κατά 0,5% (UNEP, 2004). Σχετικά με τα παγκόσμια αποθέματα σε κάρβουνο που είναι οικονομικά και τεχνολογικά διαθέσιμα, αυτά επαρκούν για περίπου 200 χρόνια σύμφωνα με το σημερινό ρυθμό εξόρυξης και χρήσης (ΙΕΑ, 2001). Μετά την ενεργειακή κρίση του 1973, η βιομάζα έδειξε ότι αποτελεί μια σπουδαία πηγή ενέργειας, η οποία είναι δυνατόν να συμβάλλει στην ενεργειακή επάρκεια μετά την εξάντληση των αποθεμάτων του αργού πετρελαίου, του ορυκτού άνθρακα και του φυσικού αερίου (ΕΛΚΕΠΑ, 1986, Teague και Lacewell, 1986) και στη μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου που συμμετέχουν στη θέρμανση της υδρογείου και τις κλιματικές αλλαγές. (Klass, 1998, Groscurth et al., 2000, Venturi P. and Venturi G., 2003, EEA, 2004b, Mc Bee et al., 2004, Voss, 2004). Έχει υπολογιστεί ότι κατ έτος, παράγονται παγκοσμίως μέσο της φωτοσύνθεσης περίπου 220 δισεκατομμύρια τόνοι ξηρής βιομάζας με ενεργειακό ισοδύναμο που αντιστοιχεί στο δεκαπλάσιο της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας (Johansson et al., 1998). 7

Η βιομάζα για ενεργειακούς σκοπούς, περιλαμβάνει κάθε τύπο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή στερεών, υγρών και αερίων καυσίμων. Στην πράξη υπάρχουν δύο τύποι βιομάζας, οι υπολειμματικές μορφές και η βιομάζα που παράγεται από ενεργειακές καλλιέργειες. Οι υπολειμματικές μορφές βιομάζας διακρίνονται σε τρεις κύριες κατηγορίες (ΚΑΠΕ, 2004): Υπολείμματα που παραμένουν στον αγρό ή το δάσος μετά τη συγκομιδή του κυρίου προϊόντος. Τέτοιου είδους υπολείμματα είναι το άχυρο των σιτηρών, τα βαμβακοστελέχη, τα κλαδοδέματα κ.α. Υπολείμματα γεωργικών και δασικών βιομηχανιών όπως ελαιοπυρήνες, υπολείμματα εκκοκκισμού, πριονίδια κ.α. Απορρίμματα, βιομηχανικά και αστικά απόβλητα (οργανικά). 2.2.1 Μετατροπές της βιομάζας Η παλαιότερη χρήση της βιομάζας είναι η καύση, η οποία επιτυγχάνεται παρουσία αέρα σε θερμοκρασίες 1000-1500 ο C. Η καύση χρησιμοποιείται κυρίως για παραγωγή θερμότητας, αλλά σαν διεργασία έχει χαμηλό βαθμό απόδοσης, συνήθως κάτω του 40% (Βουρδουμπάς, 1999). Για την επίτευξη καλύτερων βαθμών απόδοσης είναι επιθυμητό η περιεκτικότητα της βιομάζας σε υγρασία να είναι χαμηλή συνήθως κάτω του 20%. Πολλές φορές απαιτείται τεμαχισμός της βιομάζας σε μικρά κομμάτια για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες συσκευές και φούρνους για καύση. Μόνο λίγοι τύποι βιομάζας, όπως το ξύλο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν απ ευθείας με καύση για παραγωγή ενέργειας. Συνήθως απαιτείται η επεξεργασία και ο εξευγενισμός της βιομάζας για τη μετατροπή της σε καύσιμο. Οι διεργασίες επεξεργασίας της βιομάζας για παραγωγή ενέργειας, συνοψίζονται στις παρακάτω τρεις κατηγορίες (Wereko-Brobby και Hagen, 1996, Βουρδουμπάς, 1999, European Commission, 2000, Alemanno, et al., 2004): Α. ΘΕΡΜΟΧΗΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ 1. Ανθρακοποίηση π.χ. παραγωγή κάρβουνου. Το κάρβουνο που χρησιμοποιείται ευρύτατα στις αναπτυσσόμενες χώρες σαν καύσιμο παράγεται με την ανθρακοποίηση της βιομάζας. Η ανθρακοποίηση είναι μία διεργασία όπου το ξύλο θερμαίνεται παρουσία αέρα σε αναλογία μικρότερη από τη 8

στοιχειομετρική, και σαν προϊόν παράγεται το κάρβουνο καθώς και υγρά και αέρια παραπροϊόντα. 2. Πυρόλυση π.χ. παραγωγή υδρολυτικών ελαίων. Κατά τη διάρκεια της πυρόλυσης η βιομάζα αποσυντίθεται απουσία αέρα και τα παραγόμενα προϊόντα από τη θερμοχημική αυτή μετατροπή είναι α)αέρια, β)πυρολιγνικά υγρά και γ)βιοάνθρακας (κάρβουνο). 3. Αεριοποίηση π.χ. παραγωγή αερίου. Η αεριοποίηση της βιομάζας περιλαμβάνει τη μερική καύση της (με αναλογία αέρα μικρότερη από την στοιχειομετρική) σε κατάλληλους αντιδραστήρες. Β. ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ 1. Αναερόβια ζύμωση π.χ. παραγωγή βιοαερίου. Το βιοαέριο παράγεται με τη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης της βιομάζας. Η αναερόβια χώνευση της βιομάζας περιλαμβάνει τη μικροβιακή αποδόμηση σύνθετων οργανικών μορίων προς απλούστερα μόρια και γίνεται σε τρεις φάσεις : α) Τη φάση της υδρόλυσης β) Την όξινη φάση γ) Τη φάση της μεθανοποίησης 2. Υδρόλυση-Αναερόβια ζύμωση π.χ. παραγωγή αιθανόλης. Αιθανόλη μπορεί να παραχθεί από διάφορους τύπους βιομάζας με χημικές και βιολογικές διεργασίες και η παραγόμενη αιθανόλη αποτελεί άριστο καύσιμο υποκατάστατο της βενζίνης. Τρεις τύποι βιομάζας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σκοπό αυτό : α) Σακχαρούχες ύλες β) Αμυλούχες ύλες γ) Κυτταρινούχες ύλες. Γ. ΧΗΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ 1. Εκχύλιση ελαίων και εστεροποίηση των τριγλυκεριδίων π.χ. παραγωγή βιοκαυσίμου. 9

Η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για τη λήψη ελαίου από τους καρπούς είναι η ίδια είτε το λάδι χρησιμοποιείται για βρώσιμο είτε για καύσιμο. Τα φυτικά έλαια μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν καύσιμα σε οχήματα που χρησιμοποιούν πετρέλαιο ντίζελ. Η επιλογή της μεθόδου μετατροπής προσδιορίζεται από τη σχέση C/N και την περιεχόμενη υγρασία της βιομάζας. Οι θερμοχημικές διεργασίες χρησιμοποιούνται για τα είδη βιομάζας με σχέση C/N > 30 και υγρασία μικρότερη από 50%, δηλαδή για κυτταρινούχα είδη. Οι βιοχημικές διεργασίες, οι οποίες είναι αποτέλεσμα μικροβιακής δράσης, χρησιμοποιούνται για είδη βιομάζας με σχέση C/N < 30 και υγρασία υψηλότερη από 50% (ΕΛΚΕΠΑ, 1986, Μαρτζόπουλος, 1996). Επίσης η σχετική αναλογία κυτταρίνης/ημικυτταρίνης/λιγνίνης είναι κριτικός παράγοντας που καθορίζει τη βέλτιστη διεργασία παραγωγής ενέργειας για κάθε τύπο βιομάζας (McKendry, 2002). Σύμφωνα με τον Luger (2002), η βιομάζα που χρησιμοποιείται για παραγωγή ενέργειας πρέπει να έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε Cl (αποτελεί διαβρωτικό παράγοντα), K, Ca (δημιουργούν επιστρώσεις στις σωληνώσεις) και Ν (εκπομπές ΝΟx) και χαμηλή περιεκτικότητα υγρασίας που σχετίζεται με τη θερμογόνο δύναμη της βιομάζας. Στο σχήμα 2.2 παρουσιάζονται οι διάφορες θερμικές, βιολογικές και χημικές διεργασίες μετατροπής της βιομάζας και οι τελικές χρήσεις. Σχήμα 2.2: Διεργασίες παραγωγής ενέργειας από βιομάζα (Βουρδουμπάς, 1999). 10

2.2.2 Ενεργειακή αξιοποίηση βιομάζας Η βιομάζα αξιοποιείται στην παραγωγή ενέργειας και θερμότητας. Θερμική ενέργεια από βιομάζα στην Ευρωπαϊκή Ένωση Η θερμότητα από βιομάζα στη Ευρώπη ήταν 7,7 Mtoe το 2005 με 2006. Το διάγραμμα 2.3 που ακολουθεί, συνδυάζοντας στοιχεία του 2005 και 2006 δείχνει ότι η Σουηδία ηγούταν της παραγωγής θερμότητας από βιομάζα με 1,8 Mtoe και τη στερεά βιομάζα να αποτελεί την κύρια πηγή της παραγωγής θερμικής ενέργειας από βιομάζα. Στο διάγραμμα (2.3) η βιομάζα αποτελείται από στερεά βιομάζα, αστικά απόβλητα (στοιχεία 2005) και βιοαέριο (στοιχεία 2006). Διάγραμμα 2.3: Διάγραμμα θερμότητας από βιομάζα στην Ευρώπη. Διαθέσιμο στο: http://www.eurec.be/ Ηλεκτρική Ενέργεια από βιομάζα στην Ευρωπαϊκή Ένωση Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα στην Ευρώπη το 2005 άγγιξε τις 80,2 TWh με συνολική ηλεκτρική παραγωγή 3310,4 TWh. Αυξήθηκε σταθερά από το 1990 ως το 2005 με ένα μέσο ρυθμό της τάξης του 11% (μέσος όρος ετήσιας ποσοστιαίας αύξησης). Ο ρυθμός ανάπτυξης το 2004 ήταν 19% και το 2005 17% ενώ το 1991 5%. To Διάγραμμα 2.4 παρουσιάζει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας αξιοποιώντας βιομάζα στην Ευρώπη των 25. 11

Διάγραμμα 2.4: Διάγραμμα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα στην Ευρώπη των 25 στα έτη 1990-2005. Διαθέσιμο στο: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page?_pageid=1090,1&_dad=portal&_schema =PORTAL To ποσοστό συνεισφοράς της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα στη συνολική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας της Ευρώπης των 25 είναι 2,4%. Το διάγραμμα 2.5 δείχνει τη συνεισφορά των ειδών της βιομάζας σε αυτό το ποσοστό. Διάγραμμα 2.5: Διάγραμμα ποσοστού συνεισφοράς διαφόρων ειδών βιομάζας στην ηλεκτροπαραγωγή. Το 2005 οι συνεισφέρουσες χώρες στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα ήταν η Γερμανία, το Ηνωμένο Βασίλειο και η Φινλανδία. Η Γερμανία ήταν 12

εμφανώς η χώρα που ηγούταν της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αξιοποιώντας τη βιομάζα, με παραγωγή 10.000 GWh και με τα αστικά στερεά απόβλητα να συνεισφέρουν σε ποσοστό 40% της παραγόμενης ηλεκτρικής βιοενέργειας. Στο Ηνωμένο Βασίλειο το μεγαλύτερο ποσοστό της βιοενέργειας (49%) προερχόταν από βιοαέριο ενώ στη Φινλανδία το 96% της ηλεκτρικής βιοενέργειας προερχόταν από δασική βιομάζα. Το Διάγραμμα 2.6 δείχνει την παράγωγη ηλεκτρικής ενέργειας αξιοποιώντας βιομάζα στις διάφορες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Διάγραμμα 2.6: Διάγραμμα παραγωγής ηλεκτρικής βιοενέργειας στην Ευρώπη το 2005. Διαθέσιμο στο: http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page?_pageid=1090,1&_dad=portal&_schema =PORTAL 2.2.3 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της ενεργειακής χρήσης της βιομάζας Η βιομάζα χαρακτηρίζεται ως μια από τις σημαντικότερες και πλέον υποσχόμενες περιβαλλοντικά φιλικές πηγές ενέργειας (Hall et al., 1994). Τα κυριότερα πλεονεκτήματα από την ενεργειακή χρήση της βιομάζας είναι τα παρακάτω (Trebbi, 1993, Βουρδουμπάς, 1999, Groscurth et al., 2000): 1. Ουδέτερη επίπτωση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, διότι η έκλυση CO2 από την καύση αντισταθμίζεται από την απορρόφηση του κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης για τη δημιουργία ισόποσης βιομάζας. 13

2. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για συνεχή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που δεν εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες, όπως συμβαίνει με άλλες ανανεώσιμες πηγές όπως η ηλιακή, αιολική και υδροδυναμική ενέργεια. 3. Οι χαμηλές συγκεντρώσεις θείου (0,1-0,2%) συντελούν σε μικρές επιπτώσεις στο φαινόμενο της όξινης βροχής. 4. Τα υγρά βιοκαύσιμα έχουν υψηλούς αριθμούς οκτανίων και χαμηλούς αέριους ρύπους. 5. Μείωση της ενεργειακής εξάρτησης από τα ορυκτά καύσιμα και αύξηση της ασφάλειας εφοδιασμού ενέργειας. 6. Δημιουργούνται πολλά οφέλη για τις τοπικές κοινωνίες λόγω αύξησης της τοπικής απασχόλησης, της κατανάλωσης εγχώριων πρώτων υλών κ.α. 7. Αυξάνεται το εθνικό εισόδημα, εφόσον ενθαρρύνεται η εκμετάλλευση με αποδοτικό τρόπο των αχρησιμοποίητων ή των υποεκμεταλλευόμενων αποθεμάτων, όπως τα απόβλητα και τα υπολείμματα που μέχρι σήμερα παρέμειναν αχρησιμοποίητα, οι εγκαταλελειμμένες γαίες κ.λπ. Επιπλέον, η αξιοποίηση της βιομάζας μπορεί να γίνει με ποικίλους τρόπους, δίνοντας υγρά, στερεά και αέρια καύσιμα, για χρήση τους ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες (ΕΛΚΕΠΑ, 1986). Ωστόσο, η βιομάζα αποτελεί μικρής απόδοσης μετατροπέα της ηλιακής ενέργειας (1-2%) και τα υψηλά ποσοστά υγρασίας που περιέχονται μειώνουν τη θερμική της αξία. Γενικά, η απόδοσή της σε ενέργεια χαρακτηρίζεται από χαμηλή ως μέτρια. Αυτό σημαίνει ότι οι ποσότητες βιομάζας που απαιτούνται για την παραγωγή ενέργειας είναι υψηλές, λόγω περιεκτικότητας υγρασίας και χαμηλής πυκνότητας, ενώ μεγάλες είναι και οι εδαφικές εκτάσεις που απαιτούνται για την παραγωγή της (ΕΛΚΕΠΑ, 1986). Το μειονέκτημα της χαμηλής ενεργειακής αξίας της βιομάζας απαλείφεται στην περίπτωση των ενεργειακών καλλιεργειών, όταν αυτές συνδυάζουν υψηλές αποδόσεις με χαμηλές ενεργειακές εισροές (IENICA, 1999). Η βιομηχανική χρήση της βιομάζας παρουσιάζει δυσκολίες κυρίως λόγω της εποχικότητας και της διασποράς των πηγών παραγωγής βιομάζας, αλλά και λόγω του γεγονότος ότι η βιομάζα είναι αλλοιώσιμη, οπότε παρουσιάζονται προβλήματα προγραμματισμού και χρονικής ακρίβειας (ΕΛΚΕΠΑ, 1986). Το κόστος επίσης της ενέργειας από βιομάζα παραμένει σχετικά υψηλό, αν και το πρόβλημα σταδιακά 14

εξαλείφεται με τη συνεχή άνοδο των τιμών των παραγώγων του πετρελαίου (ΕΛΚΕΠΑ, 1986). Συνοψίζοντας, η δυσκολία στη συλλογή, μεταφορά, αποθήκευση και μεταποίηση, η ανάγκη ύπαρξης εκτεταμένων περιοχών, η εποχικότητα των πηγών, το πολύ υψηλό κόστος των εγκαταστάσεων, η μικρότερη θερμική αξία και το μη ανταγωνιστικό κόστος της ενέργειας σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα, αποτελούν προς το παρόν τροχοπέδη στη χρήση της βιομάζας ως ενεργειακή πηγή. 2.3 Ενεργειακή γεωργία Θεωρητικά, το 70% της σημερινής καλλιεργήσιμης έκτασης του πλανήτη μπορεί να διατεθεί για παραγωγή βιοενέργειας, χωρίς περαιτέρω αποψιλώσεις δασών ή ύπαρξης κινδύνου μη κάλυψης των διατροφικών αναγκών μέχρι το 2050 (Smeets et al., 2004), ενώ οι Hall and Scrase (1998) υπολόγισαν (χωρίς όμως να λαμβάνουν υπόψη κοινωνικοοικονομικούς παράγοντες) ότι η αγροτική γη είναι επαρκής τουλάχιστον μέχρι το 2100 για καλλιέργεια που θα καλύπτει πλήρως τις διατροφικές και ενεργειακές ανάγκες του υπάρχοντος πληθυσμού της γης (Sims, 2003). Η ενεργειακή γεωργία είναι ένας τομέας που εξελίσσεται ταχύτατα τα τελευταία χρόνια, λόγω της ιδιαιτέρως ρυπογόνου επίδρασης των ορυκτών καυσίμων στο περιβάλλον, της εξάντλησης των αποθεμάτων πετρελαιοειδών και φυσικού αερίου του πλανήτη και του εξελισσόμενου αδιεξόδου της γεωργικής υπερπαραγωγής στις ανεπτυγμένες χώρες. Ενδεικτικά, στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης, η αύξηση της ετήσιας γεωργικής παραγωγής είναι 2%, ενώ η κατανάλωση αυξάνεται μόνο κατά 0,5%. Επιπροσθέτως, για την κάλυψη των διατροφικών αναγκών, κατ άτομο απαιτούνται 2000-3000 Kcal ημερησίως ενώ η μέση κατ άτομο κατανάλωση ενέργειας είναι πολλαπλάσια και ανέρχεται για παράδειγμα στην Ελλάδα σε 70.000-80.000 Kcal/ημέρα ενώ στις ΗΠΑ σε 200.000 Kcal/ημέρα, με τάση συνεχούς αυξήσεως (Υπουργείο Γεωργίας, 2000). 15

2.3.1 Πλεονεκτήματα της ενεργειακής γεωργίας Συγκρινόμενη με τη συμβατική γεωργία, η ενεργειακή γεωργία απαιτεί χαμηλότερες εισροές σε λιπάσματα και αγροχημικά για τον έλεγχο ζιζανίων και εντόμων, ενώ συγχρόνως εμποδίζεται η διάβρωση των εδαφών (κυρίως από πολυετείς καλλιέργειες) και διαφυλάττονται οι υδατικοί πόροι και η ποιότητα αυτών (Butler, 1992, Gherbin et al., 2004, ΚΑΠΕ, 2004), κάτι που την καθιστά ως μια καλή λύση διαφοροποίησης της γεωργικής χρήσης για μείωση των περιβαλλοντικών πιέσεων (Grigatti et al., 2004). Επίσης συντελεί στην εκμετάλλευση εδαφών χαμηλής γονιμότητας (ΚΑΠΕ, 2004). Εκτός των περιβαλλοντικών πλεονεκτημάτων, ως κοινωνικό-οικονομικά οφέλη από την ανάπτυξη της ενεργειακής γεωργίας αναφέρονται η προσφορά εναλλακτικών καλλιεργητικών λύσεων, η ενδυνάμωση του αγροτικού χώρου, η αύξηση του αγροτικού εισοδήματος, η μείωση των περιφερειακών ανισοτήτων και η αναζωογόνηση των λιγότερο ανεπτυγμένων γεωργικών οικονομιών, η εξασφάλιση αειφόρου περιφερειακής ανάπτυξης, η μείωση της εξάρτησης από το πετρέλαιο και η ασφάλεια στον εφοδιασμό ενέργειας (ΚΑΠΕ, 2004). 2.4. Βιοκαύσιμα 2.4.1 Υγρά Βιοκαύσιμα Τα Βιοκαύσιμα είναι βιολογικά καύσιμα που λαμβάνονται ως προϊόν από τις ενεργειακές συγκομιδές ή/και τα γεωργικά υπολείμματα. Διακρίνονται ανάλογα με τη φυσική τους κατάσταση σε υγρά, αέρια και στερεά. Τα υγρά χρησιμοποιούνται κυρίως στις μεταφορές, τα στερεά για παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας ενώ τα αέρια βιοκαύσιμα έχουν πολλαπλές χρήσεις. Η βιοαιθανόλη, το βιοντήζελ και το βιοαέριο είναι τα πιο κοινά βιοκαύσιμα από αγροτικούς πόρους. Σημειώνεται ότι η μετατροπή της βιομάζας σε βιοκαύσιμα εξοικονομεί λιγότερη ενέργεια και η μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου είναι μικρότερη, σε σχέση με τη χρήση της για άλλους ενεργειακούς σκοπούς (π.χ. απευθείας καύση για ηλεκτροπαραγωγή) λόγω της επιπλέον ενέργειας που απαιτείται για τη μετατροπή της βιομάζας σε βιοκαύσιμο (Hanegraaf et al., 1998, EEA, 2004a). Επίσης, σύμφωνα με τον Luger (2002), το γεγονός ότι ο λόγος εκροές/εισροές για τα στερεά βιοκαύσιμα είναι κατά πολύ μεγαλύτερος από αυτό των υγρών βιοκαυσίμων, 16

υποδεικνύει ότι από περιβαλλοντικής πλευράς τα στερεά πλεονεκτούν των υγρών βιοκαυσίμων. Ωστόσο, η βιομάζα είναι ο μοναδικός ανανεώσιμος πόρος ενέργειας από τον οποίο μπορούν να παραχθούν υγρά καύσιμα για τις μεταφορές (Mc Bee et al., 2004), γεγονός σημαντικό αν συνεκτιμηθεί ότι το 21% του συνόλου των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου που συμβάλλουν στη θέρμανση της υδρογείου οφείλεται στις μεταφορές, ενώ συγχρόνως οι απαιτούμενες ποσότητες καυσίμων για μεταφορές αναμένεται να αυξηθούν σημαντικά παγκοσμίως, λόγω της αύξησης των αυτοκινήτων από 600 εκατομμύρια σήμερα σε περίπου 1,2 δισεκατομμύρια τα επόμενα 20 χρόνια (Σκουφογιάννη, 2006). Ανάλογα με την χρησιμοποιούμενη τεχνολογία, τα βιοκαύσιμα διακρίνονται σε πρώτης και δεύτερης γενιάς. Βιοκαύσιμα πρώτης γενιάς είναι η αιθανόλη και το βιοντήζελ ενώ δεύτερης γενιάς το βιοντήζελ Fisher-Tropsch, η αιθανόλη από λιγνοκυτταρινούχες πρώτες ύλες (π.χ. άχυρο, ξύλο), το βιο-dme (διμεθυλαιθέρας) και το συνθετικό φυσικό αέριο (SNG) (Thuijl et al., 2003). Τα πλέον ελκυστικά βιοκαύσιμα για τον τομέα των μεταφορών τόσο για την Ε.Ε., όσο και για την Ελλάδα, φαίνεται να είναι το βιοντήζελ και η βιοαιθανόλη, προσφέροντας θετικό οικονομικό και περιβαλλοντικό ισοζύγιο (Daey Ouwens, 2004, Υπουργείο Ανάπτυξης, 2004). Προς το παρόν είναι τα μοναδικά που παράγονται σε εμπορική κλίμακα, διατίθενται στην αγορά καυσίμων (συμπεριλαμβανομένου και του ΕΤΒΕ) και στο εγγύς μέλλον φαίνεται ότι θα συνεχίσουν να αποτελούν τα μοναδικά βιοκαύσιμα κίνησης (Thuijl et al., 2003). Στον πίνακα 2.7 γίνεται συγκριτική παρουσίαση των χαρακτηριστικών των δύο βιοκαυσίμων σε σχέση με αυτά των ορυκτών υγρών καυσίμων που υποκαθιστούν. 17

Πίνακας 2.7: Σύγκριση χαρακτηριστικών των δύο κύριων βιοκαυσίμων μετά αντίστοιχα των ορυκτών υγρών καυσίμων που υποκαθιστούν (Chiaramonti et al,. 2003, Thuijl et al., 2003). Το βιοντήζελ είναι μεθυλεστέρας που παράγεται κυρίως από ελαιούχους σπόρους (ελαιοκράμβη, ηλίανθος, σόγια κ.α.) με μετεστεροποίηση των φυτικών ελαίων και παραγωγή εστέρων των τριγλυκεριδίων. Χρησιμοποιείται σε πετρελαιοκινητήρες, μόνο του ή σε μίγμα με ντήζελ (ΚΑΠΕ, 2004, Γιαννοπολίτης και Λυμπεροπούλου, 2006). Η βιοαιθανόλη παράγεται από σακχαρούχα, κυτταρινούχα και αμυλούχα φυτά (σιτάρι, καλαμπόκι, σόργο, ζαχαρότευτλα κ.α). Κύριος τρόπος παραγωγής της είναι η ζύμωση των αμυλούχων-σακχαρούχων συστατικών και ο διαχωρισμός της αιθανόλης με απόσταξη (ΚΑΠΕ, 2004). Χρησιμοποιείται για την αύξηση του αριθμού οκτανίων της βενζίνης και για βελτίωση της ποιότητάς της, συνήθως σε μίγμα Ε10 (10% αιθανόλη + 90% βενζίνης). Η αυτοκινητοβιομηχανία πλέον διαθέτει στο εμπόριο μοντέλα (FFV, Flexible Fuel Vehicle) που χρησιμοποιούν μίγμα Ε85 (85% αιθανόλη + 15% βενζίνης) ή οποιοδήποτε άλλο μίγμα αιθανόλης-βενζίνης (Demirbas and Balat, 2006). Άλλα βιοκαύσιμα είναι τα βιο-ετβε (αιθυλο-τριτοταγής βουτυλ-εστέρας) και βιομετβε (μέθυλο-τριτοταγής βουτυλ-εστέρας) που παράγονται με μίξη 48% και 18

36% αιθανόλης με ισοβουτυλένιο, η βιομεθανόλη (CH3OH) η οποία παράγεται με αεριοποίηση, το βιοαέριο που παράγεται με αναερόβια ζύμωση υγρής βιομάζας, το βιο-υδρογόνο, το βιοdme (διμεθυλαιθέρας) το οποίο παράγεται από μεθανόλη και το βιοντήζελ Fisher-Tropsch το οποίο παράγεται με αεριοποίηση της βιομάζας (LAMNET, 2004). Στον πίνακα 2.8 παρουσιάζεται το κόστος επένδυσης και παραγωγής ορισμένων βιοκαυσίμων. Πίνακας 2.8: Κόστος επένδυσης και παραγωγής βιοκαυσίμων στην Ευρώπη (Thuijl et al., 2003). Κύρια πλεονεκτήματα των βιοκαυσίμων είναι ότι είναι CO 2 -ουδέτερα, κατά την καύση τους εκπέμπονται μικρότερες ποσότητες ρύπων, είναι βιοαποδομήσιμα, και συμβάλλουν στην αειφορία (Shapouri et al., 1995, Demirbas and Balat, 2006), ενώ πρακτικά δεν παράγουν οξείδια του θείου. Επιπρόσθετα, η αιθανόλη δεν περιέχει επικίνδυνους αρωματικούς υδρογονάνθρακες, όπως για παράδειγμα βενζένιο το οποίο είναι καρκινογόνο, ενώ πλεονεκτεί και στις εκπομπές μονοξειδίου και διοξειδίου του άνθρακα. Συγκεκριμένα, η προσθήκη 5% αιθανόλης σε βενζίνη μειώνει κατά 7% τους αρωματικούς υδρογονάνθρακες και κατά 50% τις εκπομπές CO 2 (Σκουφογιάννη, 2006). Έρευνες στη Γαλλία δείχνουν ότι μίξη αιθανόλης κατά 5-7% με βενζίνη μειώνει τις εκπομπές CO κατά 15-40% με αντίστοιχες μελέτες στις ΗΠΑ να δείχνουν μείωση κατά 11-30%. (Poitrat, 1994). Επίσης η χρήση της βιοαιθανόλης και των βιοελαίων ως καύσιμα οδηγεί σε μείωση της φωτοχημικά σχηματιζόμενης αιθαλομίχλης στην ατμόσφαιρα (Gnansounou et al., 2005, Nikolaou et al., 2003). 19

Εκτός από τη μείωση της μη σημειακής ρύπανσης που οφείλεται στις εκπομπές αέριων ρύπων, τα βιοκαύσιμα δεν προκαλούν σημαντική σημειακή ρύπανση, για παράδειγμα στην περίπτωση ατυχημάτων ή διαρροών πετρελαιοειδών. Η βιοαιθανόλη έχει πολύ χαμηλή τοξικότητα σε σχέση με τα πετρελαιοειδή (Gnansounou et al., 2005) και είναι άμεσα βιοαποδομήσιμη στο νερό και το έδαφος (Chiaramonti et al, 2003, Gnansounou et al., 2005), ενώ τα βιοέλαια βιοαποδομούνται κατά 80% σε 28 ημέρες (Venturi P. and Venturi G., 2003). Ωστόσο, κύρια μειονεκτήματα των βιοκαυσίμων είναι αφενός ότι, με την παρούσα τεχνολογία το κόστος παραγωγής τους είναι πολύ υψηλό, καθιστώντας τα μη ανταγωνιστικά προς τα ορυκτά καύσιμα και αφετέρου ότι απαιτούνται πολύ μεγάλες εκτάσεις καλλιεργήσιμης γης για την παραγωγή πρώτων υλών. Ειδικότερα, το βιοντήζελ και η βιοαιθανόλη έχουν κόστος (χωρίς κρατικές ενισχύσεις) 2-3 φορές μεγαλύτερο από το αντίστοιχο των ορυκτών καυσίμων (Daey Ouwens, 2004, ΚΑΠΕ, 2005). Μοναδική εξαίρεση αποτελεί η Βραζιλία όπου πλέον η βιοαιθανόλη που παράγεται από ζαχαροκάλαμο είναι ήδη ανταγωνιστική έναντι των ορυκτών υγρών καυσίμων. Για την Ε.Ε. τα παραγόμενα βιοντήζελ και βιοαιθανόλη γίνονται ανταγωνιστικά με τιμές πετρελαίου περίπου 60 και 90 ανά βαρέλι αντίστοιχα, ενώ υπολογίζεται ότι η έρευνα και η τεχνολογική ανάπτυξη στον τομέα των βιοκαυσίμων θα επιφέρει μείωση κόστους κατά 30% μετά το έτος 2010. Το κόστος παραγωγής της καλλιέργειας αντιπροσωπεύει περίπου το 80% του τελικού κόστους παραγωγής των υγρών βιοκαυσίμων (EUROPEAN PARLIAMENT AND COUNCIL OF THE EUROPEAN UNION, 2003). Σχετικά με τις απαιτούμενες εκτάσεις, για αντικατάσταση 5% της βενζίνης από αιθανόλη και 5% του πετρελαίου κίνησης από βιοντήζελ στην ΕΕ και τις ΗΠΑ, απαιτείται περίπου το 20% (5% για αιθανόλη και 15% για βιοντήζελ) και 21% (8% για αιθανόλη και 13% για βιοντήζελ) της συνολικής καλλιεργήσιμης έκτασής τους, αντίστοιχα (Demirbas and Balat,2006). 20

3. ΣΤΕΡΕΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ 3.1 Γενικά Με το όρο στερεά βιοκαύσιμα αναφερόμαστε στην ξηρή βιομάζα, η οποία μέσο διαφόρων τεχνολογιών, μπορεί να μετατραπεί σε χρήσιμη ενέργεια (ηλεκτρική ή/και θερμική). (ΚΑΠΕ, 2004) Τα στερεά βιοκαύσιμα είναι βιολογικά καύσιμα που λαμβάνονται ως προϊόν από τις ενεργειακές συγκομιδές ή/και τα γεωργικά και δασικά υπολείμματα και συναντώνται σε διάφορες μορφές (Obernbergera et al., 2006). Αυτά χωρίζονται σε ακατέργαστα καύσιμα βιομαζών όπως είναι τα καυσόξυλα, τα ξύλινα τσιπς (wood chips), τα ξηρά γεωργικά υπολείμματα (άχυρο) και σε κατεργασμένα όπως τα συσσωματώματα ή αλλιώς πελλέτες (pellets) και οι μπρικέττες (Briquettes). Για τις πελλέτες και τις μπρικέττες, η θερμογόνος δύναμη, η περιεκτικότητα σε υγρασία και τα χημικά χαρακτηριστικά είναι σχεδόν ίδια και για τις δύο περιπτώσεις, αλλά η πυκνότητα και η δύναμη είναι κάπως υψηλότερες στις πελλέτες. Η σημαντικότερη διαφορά είναι το μέγεθος, καθιστώντας τις πελλέτες πιο εύχρηστες σε πλήρως αυτόματη λειτουργία, από τις οικιακές συσκευές στις συνδυασμένες εγκαταστάσεις θερμότητας και δύναμης μεγάλης κλίμακας (CHP). Σχήμα 3.1 Δασικά υπολείμματα για την παραγωγή βιοκαυσίμων Σχήμα 3.2 Διάφορα είδη στερεών βιοκαυσίμων Διαθέσιμο στο: www.akahl.de 21

3.2 Πρώτες ύλες βιοκαυσίμων 3.2.1 Ξύλο Τα είδη ξυλείας που χρησιμοποιούνται για τη διαδικασία μετατροπής των πρώτων υλών σε pellets και briquettes στις Βόρειες Ευρωπαϊκές Χώρες και περισσότερο στη Σουηδία και στη Φιλανδία είναι κατά βάση η Ερυθρελάτη (Picea abies) και η Δασική Πεύκη (Pinus sylvestris), που είναι τα πιο κοινά είδη στις χώρες αυτές. (Hirsmark, 2002). Η Σημύδα (Betula Pentula) θεωρείται και αυτή ένα από τα πλέον διαδεδομένα είδη και έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί μελλοντικά. Η διαφορά στο ενεργειακό περιεχόμενο μεταξύ της Σημύδας και των δύο κύριων ειδών είναι πολύ μικρή (Πίνακας 3.3). Προς το παρόν το μεγαλύτερο μέρος από την συγκομισμένη σημύδα χρησιμοποιείται για την πολτοποίηση, η οποία δίνει τα μικρά υποπροϊόντα για τις διαδικασίες συμπίεσης των πελλετών και μπρικεττών. Ποσοστό σε βάρος Energy Περιεκτικότη Λιγνίνη Extractives Cl K N Na S GJ /tonne τα σε στάχτη Οξιά stw 19,7 24,8 1,2 0,085 0,008 Φλοιός 0,210 0,011 Σημύδα stw 19,6-20,3 22,0 3,2 0,4-1,7 <0,00 5 0,0053 0,05 0,00058 Φλοιός 2.2 0.024 0.139 0.40 0.0014 Πεύκο stw i.b 20.2-20.5 27.7 3.5 0.4 <0.01 o.b 47.6 3.4 29.2 4.5 1.5-2.6 0.01-0.02 0.23-0.031 0.196 0.3 0.00420 0.00063 0.05 0.2-0.3 Ερυθρε λάτη stw 20.2-20.3 27.4 1.7 0.6 <0.01 0.024-0.031 0.05 0.0006 0.01-0.02 Φλοιός 35.9 3.8 3.2-3.8 0.01-0.02 0.219 0.50 0.0020 0.20-0.30 Άχυρο 14.4 0.31 0.99 0.50 0.11 0.08 i.b: εσωτερικός φλοιός o.b: εξωτερικός φλοιός stw: κορμός ξύλου Πίνακας 3.3: (Hirsmark, 2002, Σκουφογιάννη, 2006) 22

Η οξιά και η βαλανιδιά χρησιμοποιούνται για διάφορα βιομηχανικά προϊόντα όπως τα έπιπλα, το δάπεδο κ.α.(drakenberg, 1994, Hirsmark, 2002). Τα υπολείμματα αυτών των προϊόντων δίνουν μεγάλες ποσότητες υποπροϊόντων που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πελλετών και μπρικεττών. Για παράδειγμα, το δάπεδο παρκέ δίνει ένα ποσοστό υποπροϊόντων 80%. Αφ ενός μεν τα υπολείμματα οξιών είναι κατάλληλα για την παραγωγή βιοκαυσίμων, αφ' ετέρου η βαλανιδιά έχει ένα υψηλό περιεχόμενο χλωριδίων, τα οποία θα μπορούσαν να προκαλέσουν διάβρωση στις συσκευές καύσης (Hirsmark, 2002). 3.2.2 Φλοιός Ο φλοιός είναι μια άφθονη και φτηνή πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται ως καύσιμο στις μεγάλης κλίμακας εφαρμογές, και ειδικότερα στη δασική βιομηχανία και καίγεται στην αρχική του μορφή σε λέβητες φλοιών. Ο φλοιός από τα κωνοφόρα δέντρα έχει υψηλότερο περιεχόμενο σε σχεδόν όλα τα κρίσιμα στοιχεία (μιλώντας από πλευρά καύσης), έναντι του ξύλου των ίδιων δέντρων. Οι πελλέτς φλοιών έχουν έτσι υψηλότερη περιεκτικότητα σε τέφρα από ότι οι πελλέτς ξύλου. Επίσης, οι εκπομπές αερίων από την καύση των φλοιών περιέχουν σχετικά πιο υψηλά επίπεδα ρύπων. Για παράδειγμα, το θείο που προέρχεται από την πρώτη ύλη (πίνακας 3.3) δεσμεύει το οξυγόνο και απελευθερώνει ρύπους όπως S0 2. Αυτό καθιστά τις πέλλετς φλοιών ακατάλληλες για μικρούς λέβητες που χρησιμοποιούνται για οικιακή χρήση. Στις μεγαλύτερης κλίμακας εγκαταστάσεις ενδείκνυται η καύση πελλετς φλοιών (Hirsmark, 2002). 3.2.3 Τύρφη Η τύρφη είναι οργανικό υπόστρωμα (χούμος) που δημιουργείται από τη νεκρή μάζα που δεν έχει αποσυντεθεί σε ένα αναερόβιο περιβάλλον όπως είναι το έλος. Κάθε περίοδο αύξησης των φυτών καινούργια υπολείμματα πέφτουν στο υγρό έδαφος τα οποία αποσυντίθενται αργά ή και καθόλου. Η Σουηδία, η Φιλανδία και πολλές άλλες χώρες της ζώνης της Τάϊγκας, καλύπτονται σε μεγάλο βαθμό με ένα μωσαϊκό δασών, λιμνών και των ελών τύρφης (Hakkila, 2006) Οι απόψεις διίστανται όταν πρόκειται για την ταξινόμηση της τύρφης ως βιολογικό καύσιμο ή όχι. Έχει υποστηριχτεί ότι εφ' όσον συγκομίζεται λιγότερη τύρφη από ότι δημιουργείται κάθε έτος, θεωρείται βιολογικό καύσιμο. Αυτό 23

βασίζεται στο γεγονός ότι τα έλη δεσμεύουν συλλογικά περισσότερο CO 2 από ότι απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα με την καύση της τύρφης. Έτσι συμπεραίνουμε ότι η συγκομιδή της τύρφης από τα έλη δεν επηρεάζει το ποσοστό συγκράτησης CO 2 από την ατμόσφαιρα. Από την άλλη πλευρά οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι υπάρχει ομοιότητα μεταξύ της παραγωγής τύρφης, με αυτή της παραγωγής του κάρβουνου και του πετρελαίου. Όλα προκύπτουν από οργανικές ουσίες οι οποίες δεν έχουν αποσυντεθεί. (Hirsmark, 2002). Πολλές βιομηχανίες μπρικεττών χρησιμοποιούν περίπου 50 % τύρφη και 50 % πριονίδι για την παραγωγή μπρικεττών. Οι βιομηχανίες έχουν ικανότητα να παράγουν 300 000 tonnes briquettes κάθε χρόνο, αυτό ανταποκρίνεται σε 1.5 TWh θέρμανσης. Η παραγωγή τύρφης εξαρτάται από τον καιρό και ειδικότερα τους καλοκαιρινούς μήνες, που είναι και η περίοδος συγκομιδής της. Για την ύπαρξη μιας καλής συγκομιδής, ένα ηλιόλουστο καλοκαίρι με λίγες βροχές, είναι το ιδανικό για να στεγνώσει τη τύρφη (Swedish National Energy Administration, 1998). 3.2.4 Ενεργειακές καλλιέργειες Σύμφωνα με τη Λευκή Βίβλο, ο στόχος της ΕΕ για το 2010 είναι οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας να αποτελούν το 12% της ενέργειας από 6% που ήταν το 2000. Ο αντίστοιχος στόχος για τα βιοκαύσιμα είναι παραγωγή 135 ΜΤΙΠ, εκ των οποίων το ένα τρίτο (45 ΜΤΙΠ) θα προέρχεται από ενεργειακές καλλιέργειες (τα δύο τρίτα από γεωργικά και δασικά υπολείμματα βιομάζας). Για την επίτευξη των παραπάνω απαιτούνται περί τα 100 εκατομμύρια στρέμματα (10 Mha) γεωργικής γης (Monti and Venturi, 2003, Panoutsou, 2004, Tuck et al., 2006). Σύμφωνα με έρευνες, η διαθέσιμη έκταση στην ΕΕ-15 για βιομηχανικές καλλιέργειες υπολογίστηκε σε 200-250 εκατομμύρια στρέμματα (16%, 56% και 28% σε Νότια, Κεντρική και Βόρεια Ευρώπη αντίστοιχα), έκταση ικανή για παραγωγή 90 ΜΤΙΠ ενέργειας (Diamantidis and Koukios, 2000). Περισσότερα από 100 νέα είδη φυτών μελετώνται στην Ευρώπη για γεωργική παραγωγή σε εμπορική κλίμακα (Van Soest, 1993), ενώ περισσότερα από 30 είδη για χρήση ως ενεργειακά φυτά (Venendaal et al., 1997). Τα τελευταία χρόνια μάλιστα, έχουν δημιουργηθεί ερευνητικά δίκτυα με συμμετοχή ερευνητικών ιδρυμάτων και 24

πανεπιστημίων από όλη την Ευρώπη, με αντικείμενο έρευνας την εισαγωγή των ενεργειακών καλλιεργειών στη γεωργική πραγματικότητα. Οι ενεργειακές καλλιέργειες είναι καλλιεργούμενα ή αυτοφυή είδη, παραδοσιακά ή νέα, τα οποία παράγουν βιομάζα ως κύριο προϊόν, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορους ενεργειακούς σκοπούς (ΚΑΠΕ, 2004). Η βιομάζα που παράγεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί για καύση ή συμπαραγωγή με κάρβουνο για ηλεκτροπαραγωγή και θέρμανση, σαν πρώτη ύλη για θερμοχημικές διεργασίες όπως πυρόλυση και αεριοποίηση, για παραγωγή μεθανόλης, βιοαερίου και πυρολυτικών ελαίων και για βιοχημικές διεργασίες (πχ ζύμωση) για παραγωγή αιθανόλης ή μεθανίου (Hallam et al., 2001). Οι παραδοσιακές καλλιέργειες, των οποίων το τελικό προϊόν χρησιμοποιείται για την παραγωγή ενέργειας και βιοκαυσίμων, θεωρούνται επίσης ενεργειακές καλλιέργειες και τέτοιες είναι το σιτάρι, το κριθάρι, ο αραβόσιτος, τα ζαχαρότευτλα, ο ηλίανθος κ.α. Οι "νέες" ενεργειακές καλλιέργειες είναι είδη με υψηλή παραγωγικότητα σε βιομάζα ανά μονάδα γης και διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, τις γεωργικές και τις δασικές. Οι γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες διακρίνονται περαιτέρω σε ετήσιες και πολυετείς. Για να είναι ένα φυτό αποδοτικό ως ανανεώσιμος ενεργειακός πόρος, πρέπει να έχει χαμηλές ενεργειακές εισροές και υψηλές καθαρές ενεργειακές εκροές (Mislevy et al., 1986, Venturi P. and Venturi G., 2003). Τα χαρακτηριστικά μιας ιδανικής ενεργειακής καλλιέργειας συνοψίζονται στα εξής (El Bassam, 1998, IENICA, 1999, Diamantidis και Koukios, 2000, McKendry, 2002, Venturi P. and Venturi G., 2003): Υψηλό δυναμικό παραγωγής (μέγιστη παραγωγή ξηρής ουσίας / εκτάριο) και υψηλή ενεργειακή αξία (MJ/kg). Υψηλή αποδοτικότητα χρήσης νερού, θρεπτικών και ηλιακής ακτινοβολίας. Χαμηλές ενεργειακές εισροές κατά την παραγωγική διαδικασία. Χαμηλό κόστος παραγωγής. Χαμηλές θρεπτικές απαιτήσεις και εισροές αγροχημικών. Αντοχή στην έλλειψη νερού. Ανθεκτικότητα σε φυτικούς εχθρούς και ασθένειες. Μικρή περιεκτικότητα υγρασίας κατά τη συγκομιδή. Ελάχιστες δυνατές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. 25

Οι Venturi P. and Venturi G., (2003) αναφέρουν ότι τα κριτήρια για την τελική επιλογή της κατάλληλης ενεργειακής καλλιέργειας σε μια περιοχή είναι: α) προσαρμογή στις εδαφοκλιματικές συνθήκες, β) ευκολία εισαγωγής στο υπάρχον σύστημα εναλλαγής καλλιεργειών, γ) σταθερές αποδόσεις (ποσοτικά και ποιοτικά), που να προσφέρουν ανταγωνιστικό εισόδημα έναντι των παραδοσιακών καλλιεργειών, δ) θετικό ενεργειακό ισοζύγιο εισροών-εκροών (καθαρό ενεργειακό κέρδος), ε) καλλιεργητικές τεχνικές σύμφωνες με την αειφόρο γεωργία, στ) ανθεκτικότητα σε εχθρούς και ασθένειες, ζ) χρήση των υπαρχόντων μηχανημάτων (κυρίως για τη συγκομιδή) ή με μικρές μετατροπές αυτών και η) διαθεσιμότητα κατάλληλου γενετικού υλικού (σπόροι, ριζώματα). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ερευνών σχετικά με το δυναμικό παραγωγής των ενεργειακών καλλιεργειών στην Ευρώπη, υπάρχει συγκριτικό πλεονέκτημα των δασικών καλλιεργειών μικρού περίτροπου κύκλου (short rotation) στη Β. και Δ. Ευρώπη, των C3 καλλιεργειών στη Β. Ευρώπη και των C4 καλλιεργειών στη Ν. Ευρώπη (Mitchell, 1994). Η έρευνα σχετικά με τις ενεργειακές καλλιέργειες στην Ελλάδα ξεκίνησε στις αρχές της προηγούμενης δεκαετίας. Οι σημαντικότερες ενεργειακές καλλιέργειες που έχουν μελετηθεί και θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν επιτυχώς στην Ελλάδα για παραγωγή στερεών βιοκαυσίμων είναι οι εξής (EECI, 2000a, EECI, 2000b, EUBIONET, 2003, ΚΑΠΕ, 2004, Δαναλάτος, 2007): A. Δασικές ενεργειακές καλλιέργειες 1. Είδη ευκαλύπτων κυρίως Eucalyptus globulus Labill και Eucalyptus camaldulensis Dehnh. 2. Ψευδακακία (Robinia pseudoacacia L.) B. Πολυετείς γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες 1. Αγριαγκινάρα (Cynara Brauncardunculus L.) 2. Καλάμι (Arundo donax L.) 3. Μίσχανθος (Miscanthus x giganteus GREEF et DEU) 4. Switchgrass είδος κεχριού (Panicum virgatum L.) Γ. Ετήσιες γεωργικές ενεργειακές καλλιέργειες 1. Ινώδες σόργο (Sorghum bicolor L.) 2. Ελαιοκράμβη (Brassica napus L, Brassica carinata L. Braun ) 3. Κενάφ (Hibiscus cannabinus L.) Παραδοσιακές γεωργικές καλλιέργειες 1. Σιτάρι (υπολείμματα) και 2. Βαμβάκι (υπολείμματα) 26

Άλλα είδη που χρησιμοποιούνται ή μελετώνται για χρήση ως ενεργειακά φυτά στην Ευρώπη και έχουν δώσει ενθαρρυντικά αποτελέσματα, είναι τα Salix sp. (Ιτιά), Phalaris arundinacea, Populus sp. (Λεύκα), Cannabis sativa (Ήμερη κάνναβη), Alnus sp. (Σκλήθρος), Helianthus tuberosus (Κολοκάσι) και Camelina sativa (Ψευδολινάρι) (Luger, 1997, Venendaal et al., 1997). Βέβαια, η σχετική εμπειρία δείχνει ότι συχνά, οι αποδόσεις που επιτυγχάνονται από τα ενεργειακά φυτά σε πειραματικά αγροτεμάχια, δεν επιβεβαιώνονται κατά την εγκατάσταση των καλλιεργειών σε εμπορική κλίμακα, όπου και επιτυγχάνονται χαμηλότερες παραγωγές. Ως χαρακτηριστικό παράδειγμα αναφέρεται το είδος Phalaris arundinacea στη Σουηδία, το οποίο ενώ σε πειραματικό επίπεδο παρήγαγε 8-12 τόνους/εκτάριο ξηρής βιομάζας, όταν χρησιμοποιήθηκε σε εμπορική κλίμακα οι τελικές αποδόσεις ήταν μόνο 6-8 τόνους ξηρής βιομάζας. Η διαφοροποίηση των αποδόσεων οφείλεται σε απώλειες 25% κατά τη διάρκεια του χειμώνα, 15% κατά τη γεωργική πράξη, 10% κατά τη συγκομιδή και 2% κατά την αποθήκευση (Luger, 1997, Venendaal et al., 1997). Σύμφωνα με τα μέχρι σήμερα αποτελέσματα των ερευνών στη χώρα μας, η παραγωγικότερη ενεργειακή καλλιέργεια είναι η Αγριαγκινάρα (Cynara cardunculus), με δυναμικό που ξεπερνά τους 3 τόνους ξηρής βιομάζας ανά στρέμμα (EECI, 2000b). Η Αγριαγκινάρα ενδείκνυνται για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και για θέρμανση, καλλιεργούμενη σε εδάφη ξηρικά-χαμηλής γονιμότητας, (Mardikis et al., 2000). Η Αγριαγκινάρα, όπως όλα τα είδη αγκαθιών, είναι πολύ καλά προσαρμοσμένη στο ξηρό κλίμα των μεσογειακών χωρών και επειδή δε είναι χειμερινό φυτό δίνει το μέγιστο των αποδόσεων, ακόμα και χωρίς άρδευση, εκμεταλλευόμενη τις βροχοπτώσεις του φθινοπώρου και του χειμώνα. Επιπλέον, λόγω του εύρωστου ριζικού συστήματος που διαθέτει, προστατεύει από τη διάβρωση τα επικλινή και άγονα εδάφη. Σε πειράματα που διεξάχθηκαν στην Ελλάδα, το τελικό ύψος του φυτού έφθασε τα 2,6 μέτρα. Η Αγριαγκινάρα έχει παραγωγή ξηράς ουσίας από 1,7 έως 3,3 τόνους/στρέμμα και θερμογόνος δύναμη 14,53 MJ/kg ξηρού βάρους, για τα φύλλα και τα βράκτια φύλλα και σε 24,73 MJ/kg ξηρού βάρους για τους σπόρους. Αυτό συμβαίνει λόγω της υψηλής περιεκτικότητα των σπόρων σε έλαια (Danalatos, 2008, Danalatos et al, 2007). Οι στρεμματικές αποδόσεις σε στερεά καύσιμα για τις διάφορες καλλιέργειες στη χώρα μας, παρουσιάζονται στον πίνακα 3.4. 27

Καλιέργεια Θερμογόνος δύναμη (MJ/Kg) Απόδοση σε ξηρή βιομάζα (κιλά/στρέμματα) Ενεργειακό δυναμικό (ΤΙΠ/στρέμμα) Ευκάλυπτος 19,0 1.800-3.200 0,8-1,3 Ψευδακακία 19,4 240-1.340 0,1-0,6 Καλάμι 17,1 2.000-3.000 0,9-1,3 Μίσχανθος 17,3 800-3.300 0,3-1,2 Αγριαγκινάρα 20 1.700-3.300 0,7-1,3 Switchgrass 17,4 2.600 1,1 Πίνακας 3.4: Στρεμματικές αποδόσεις στην Ελλάδα φυτών για παραγωγή στερεών βιοκαυσίμων, με βάση το ενεργειακό περιεχόμενο τους (Danalatos et al, 2007, Danalatos et al, 2004, Danalatos et al, 2007). 3.2.5 Άλλες πρώτες ύλες Άλλες πρώτες ύλες που είναι κατάλληλες για τη δημιουργία πελλετών και μπρικεττών είναι: τα δασικά υπολείμματα, τα υποπροϊόντα ξύλου. (Τα γεωργικά υποπροϊόντα είναι π.χ. άχυρο και υπόλοιπα από την παραγωγή σιταριού.) Αυτά τα γεωργικά υλικά δεν είναι αρκετά πλούσια ενεργειακά και έχουν τα χαμηλότερα σημεία τήξης τέφρας σε σχέση με το ξύλο και ως εκ τούτου δε θα ανταποκρίνονται σωστά στα Πρότυπα ποιότητας που επιβάλλει η Ε.Ε. Η μίξη του ξύλου και των γεωργικών πρώτων υλών, ίσως είναι μια λύση στο πρόβλημα αυτό. Η περιεκτικότητα σε νερό αυτών των πρώτων υλών σπάνια υπερβαίνει το 20 %, οπότε καθιστά την ξήρανση τους περιττή. (Hirsmark, 2002) 3.2.6 Ξύλινα Τσιπς Ένας ακόμη τύπος ξύλινου βιοκαυσίμου είναι τα ξύλινα τσιπς. Τα ξύλινα τσιπς είναι ξύλινη βιομάζα η οποία τεμαχίζεται σε μικρότερα κομμάτια δηλαδή τσιπς, που προέρχονται είτε από ανακυκλωμένο ξύλο, είτε από συγκομιδές δέντρων (π.χ.: λόχμη 28

ιτιών). Είναι δυνατό να παραχθούν περίπου 12 τόνοι ξηρής βιομάζας ιτιάς ανά εκτάριο ετησίως. Η κατασκευή τους είναι πολύ απλή και η μηχανή που απαιτείται έχει χαμηλό κόστος. Για αυτόν το λόγο τα ξύλινα τσιπς μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα μετά την παραγωγή τους. Η καύση των τσιπς γίνεται σε ειδικό καυστήρα, όπως συμβαίνει και με τις πελλέτες, μόνο που τα τσιπς είναι μια απλούστερη μορφή βιοκαυσίμων σε σχέση με αυτές (Cox, 2003). Έχουν μικρότερη ενεργειακή πυκνότητα (λιγότερη ενέργεια ανά τόνο) και μικρότερο ειδικό βάρος (λιγότερη ενέργεια ανά m³), και για το λόγο αυτό ένας τόνος τσιπς κοστίζει φτηνότερα από ένα τόνο πελλέτες. Οι περισσότερες συσκευές ξύλινων τσιπς φροντίζουν για τις μεγαλύτερες εφαρμογές boiler καυτού ύδατος δηλ. 50-200 kw. (Hakkila, 2006). Τα ξύλινα τσιπς, αν και φτηνότερα από τις πελλέτες, δεν είναι πάντα κατάλληλα για τις εσωτερικές ή εντατικές χρήσεις θέρμανσης, δεδομένου ότι απαιτούν περισσότερο χώρο για την αποθήκευση τους και έχουν χαμηλότερη θερμογόνο δύναμη. (Cox, 2003) Τα ξύλινα τσιπς χρησιμοποιούνται ευρύτερα στο Ηνωμένο Βασίλειο εξαιτίας της ευκολίας κατασκευής τους, του χαμηλού κόστους και μιας τρέχουσας έλλειψης σε εθνικό επίπεδο κατασκευαστών και διανομέων πελλετών. 3.2.7 Θρύμματα Βιοκαυσίμων Θρύμματα Βιοκαυσίμων είναι μικρά τεμάχια ξύλου μήκους 5-50 mm. Η ποιότητα των θρυμμάτων βιομάζας εξαρτάται από την πρώτη ύλη και την τεχνολογία παραγωγής. Στην Ευρώπη συναντώνται τρεις τύποι θρυμμάτων (ΚΑΠΕ, 2004): 1. Θρύμματα από δασικά υπολείμματα, όπως κλαδιά και κορυφές ή ολόκληρα δένδρα από αραίωμα. Αυτά τα θρύμματα είναι κατάλληλα για μεγάλους λέβητες σε συστήματα τηλεθέρμανσης. 2. Θρύμματα Βιομάζας από τα πριονιστήρια. Έχουν καλύτερες ιδιότητες καύσης, αλλά είναι για πολύ μικρούς λέβητες, εκτός αν τα υπολείμματα ξύλου έχουν αφεθεί για ξήρανση (π.χ. με αποθήκευση σε χώρο που αερίζεται με θερμό αέρα). 3. Θρύμματα Βιομάζας από αραίωμα χωρίς κλαδιά και φύλλα, που αφήνονται να ξηραθούν πριν το θρυμμάτισμα. Τα θρύμματα αυτά περιέχουν 30% υγρασία και είναι ομοιόμορφα σε ποιότητα και μέγεθος, ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη τεχνολογία θρυμματισμού. Τα θρύμματα είναι κατάλληλα για λέβητες σε μεγάλα κτίρια. Μεγάλα 29

τεμάχια αθρυμμάτιστου ξύλου μπορεί να προκαλέσουν λειτουργικά προβλήματα και θα πρέπει να απομακρύνονται κατά την παραγωγή. 3.3 Κατεργασμένη Βιομάζα 3.3.1 Πελλέτες Οι πελλέτες είναι τυποποιημένο κυλινδρικό βιολογικό καύσιμο που παρασκευάζεται με τη συμπίεση ξηρών, πριονιδιών και τεμαχιδίων που προέρχονται από τα βιολογικά παραπροϊόντα της γεωργίας, της δασοπονίας και της βιομηχανίας επεξεργασίας ξύλου. Στην παραγωγική διαδικασία δε χρησιμοποιούνται κόλλες ή χημικά πρόσθετα, μόνο υψηλή πίεση και ατμός. (Καραπαναγιώτης, 2005a). Αναλυτικότερα είναι καύσιμα ουδέτερα CO 2 διαφόρων μεγεθών. (διαμέτρου 6-10 mm και μήκους 10-30 mm ανάλογα με την τεχνολογία παραγωγής τους και με το αν χρησιμοποιούνται πρόσθετα συγκολλητικά). Οι πελλέτες μεγέθους πάνω των 25mm καλούνται μπρικέττες. (Berggeren and Savolainen, 2000) Μπορούν εύκολα να συσκευασθούν, να μεταφερθούν οικονομικά με βυτιοφόρα και να αποθηκευτούν σε χώρους, από όπου μεταφέρονται αυτόματα για την καύση τους σε σύγχρονους καυστήρες με την επιθυμητή ροή. Έχουν υγρασία περί το 8 % (ειδικό βάρος περί τα 650 κιλά ανά κυβικό μέτρο) και θερμική αξία περί τα 17-18 MJ/kg, δηλαδή 2 κιλά ισοδυναμούν με λίγο λιγότερο από 1 λίτρο πετρελαίου. (EUBIA, 2001, Egger et al., 2003, Mahapatra et al., 2007, Δαναλάτος, 2007) Τα βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά των πελλετών παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα 3.5. Βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά pellets Θερμογόνος δύναμη 17 GJ/tn ανά kg 4,7 kwh/kg ανά m 3 3.077 kwh/m 3 Περιεχόμενη υγρασία 8% Φαινόμενη πυκνότητα 650 kg/m 3 Στάχτη 0,5% Πίνακας 3.5: Βασικά χαρακτηριστικά πελλετών Πηγή: ΚΑΠΕ, 2004 30