Σάββατο, 21 Σεπτεμβρίου 2013

Χρήση Βιοαερίου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

Οι ενεργειακοί πόροι αποτέλεσαν και αποτελούν ισχυρό αναπτυξιακό μέσο για τις σύγχρονες οικονομίες. Δυστυχώς, λόγω των συνεχώς αυξανόμενων ενεργειακών αναγκών ανά την υφήλιο και της μη σταθερής διαθεσιμότητάς τους (πραγματική: π.χ. έλλειψη – εξάντλησή τους ή τεχνητή: έλεγχος τιμής & ύψους παραγωγής τους) δημιουργούνται σοβαρά προβλήματα όσον αφορά την επάρκεια και τη σταθερότητα της ενεργειακής τροφοδοσίας. Οι ανεπτυγμένες χώρες, οι οποίες δε διαθέτουν δικούς τους ενεργειακούς πόρους και στηρίζονται στην εισαγωγή τους από αλλού, δεν μπορούν να προγραμματίσουν την αναπτυξιακή τους πολιτική, αφού οι δυσμενείς επιπτώσεις π.χ. της αύξησης των τιμών του πετρελαίου, ανατρέπουν σε μεγάλο βαθμό τις στρατηγικές τους. Παράλληλα, οι επενδύσεις για την εκμετάλλευση, τη μεταφορά και την εμπορία των ενεργειακών πόρων, όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, πραγματοποιούνται σε παγκόσμιο επίπεδο από λίγες μεγάλες πολυεθνικές εταιρίες, οι οποίες ελέγχουν πλήρως την τιμή τους, το ύψος παραγωγής τους αλλά και τους όρους της εμπορίας τους, επιβάλλοντας ένα καθεστώς μη ελεύθερης αγοράς και επιβαρύνοντας το παγκόσμιο ενεργειακό πρόβλημα.

Από την άλλη, είναι πλέον κοινή πεποίθηση ότι η αποκατάσταση και η προστασία του περιβάλλοντος αποτελούν μονόδρομο για την προστασία της ζωής στον πλανήτη. Οι ανθρωπογενείς παρεμβάσεις έχουν επιφέρει αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Η αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, η ερημοποίηση τεράστιων εκτάσεων, το λιώσιμο των πάγων και η αύξηση της στάθμης της θάλασσας είναι μερικές μόνο από τις επιπτώσεις της αλόγιστης ανάπτυξης σε βάρος του περιβάλλοντος. Ολοένα και περισσότερο επισημαίνεται ότι η συνέχιση της τρέχουσας μορφής ανάπτυξης θα έχει ολέθριες συνέπειες με ορίζοντα μικρότερο από λίγες δεκαετίες και προτείνεται η ριζική αλλαγή του τρόπου ανάπτυξης με κύριο γνώμονα την αειφορία.

 Η στρατηγική αντιμετώπισης του ενεργειακού προβλήματος πρέπει να κινηθεί σε τρεις άξονες: κοινωνικό, οικονομικό και θεσμικό. Αρχικά, θα πρέπει το κοινωνικό σύνολο να αντιληφθεί το σοβαρό ενεργειακό πρόβλημα, που αντιμετωπίζει η χώρα μας, η οποία αν και ανήκει στις ανεπτυγμένες οικονομίες, εισάγει την πλειοψηφία των ενεργειακών της πόρων, που χρειάζεται για την ανάπτυξή της, από το εξωτερικό (αφού ακόμα τα κοιτάσματα φυσικών πόρων στον ελλαδικό χώρο δεν έχουν πλήρως χαρτογραφηθεί, ώστε να αρχίσει η εκμετάλλευσή τους). Η συνειδητοποίηση της υπάρχουσας κατάστασης θα βοηθήσει ώστε να παρθούν πρωτοβουλίες και να γίνουν νέες επενδύσεις στον τομέα της ενέργειας με σκοπό την εξοικονόμησή της. Η χρησιμοποίηση καινοτομιών και νέων τεχνολογιών θα καταστήσει πιο αποδοτική την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, η υιοθέτηση ενεργειακών λύσεων σε διαφοροποιημένο και περισσότερο αποκεντρωμένο σύστημα παραγωγής – μεταφοράς ενέργειας, μέσω της καθιέρωσης και των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (Αιολική, Ηλιακή, Γεωθερμική, Βιομάζα κτλ.), μπορεί να καλύψει με τον κατάλληλο σχεδιασμό την πλειοψηφία των ενεργειακών αναγκών της χώρα μας.

Το βιοαέριο είναι ένα πολύ σταθερό, μη-τοξικό, άχρωμο, άοσμο και άγευστο αέριο, το οποίο παράγεται από την αναερόβια αποσύνθεση κτηνοτροφικών κυρίως αποβλήτων (λύματα από χοιροστάσια, πτηνοτροφεία, βουστάσια), βιομηχανικών αποβλήτων και λυμάτων καθώς και από αστικά οργανικά απορρίμματα. Στην περίπτωση των κτηνοτροφικών αποβλήτων, η παραγωγή του βιοαερίου γίνεται σε ειδικές εγκαταστάσεις, απλούστερες ή συνθετότερες, ανάλογα με το είδος της εφαρμογής. Σ’ αυτές, εκτός από το βιοαέριο, παράγεται και πολύ καλής ποιότητας οργανικό λίπασμα, του οποίου η διάθεση στην αγορά μπορεί να συμβάλλει στην οικονομική βιωσιμότητα μίας εφαρμογής αυτού του είδους. Πολλές φορές ο συνδυασμός διαφορετικών μορφών απορριμμάτων και αποβλήτων συμβάλλει στην μεγαλύτερη παραγωγή βιοαερίου σε σχέση με την αναερόβια χώνευση μίας μόνο μορφής απορριμμάτων. Αναερόβια χώνευση της βιομάζας είναι ουσιαστικά η βακτηριακή αποδόμηση σύνθετων οργανικών μορίων σε πιο απλά μόρια, όπως του μεθανίου και του διοξειδίου του άνθρακα, η οποία πραγματοποιείται υπό συνθήκες έλλειψης οξυγόνου για δύο έως τρεις εβδομάδες, χρησιμοποιώντας τρεις θερμοκρασιακές ζώνες, που συνήθως κυμαίνονται μεταξύ των 20 και 55 βαθμών Κελσίου. Το παραγόμενο βιοαέριο συνήθως χρησιμοποιείται άμεσα για την παραγωγή ενέργειας, αφού η αποθήκευση του προϋποθέτει υψηλό κόστος και μεγάλους αποθηκευτικούς χώρους. Το βιοαέριο είναι ένα καύσιμο φιλικό προς το περιβάλλον καθώς δεν συμμετέχει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου ενώ ταυτόχρονα μειώνει την κατανάλωση συμβατικών καυσίμων σε εθνικό επίπεδο με προφανή οφέλη για την χώρα.

Επιγραμματικά μία μόναδα παραγωγής βιοαερίου αποτελείται από τις εξής εγκαταστάσεις: (1) βιοαντιδραστήρα επεξεργασίας λυμάτων – απορριμμάτων, (2) αεροσυμπιεστή για την παροχή αέρα υψηλής πίεσης, (3) φίλτρο της μονάδας παραγωγής βιοαερίου, (4) δεξαμενή αποθήκευσης αερίου (όχι πάντα), (5) μετρητή αερίου, (6) μετρητή pH και (7) διαχωριστήρα CO2. Η χρήση του βιοαερίου ως καύσιμο παραγωγής ηλεκτρισμού προϋποθέτει τη ύπαρξή του σε σταθερά επαρκή ποσότητα και κατάλληλη ποιότητα. Η προσαγωγή του στις εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται με άντληση υπό κενό, μέσω ενός υπόγειου δικτύου που αποτελείται από κατακόρυφες και οριζόντιες σωληνώσεις, ενώ πριν την τελική τροφοδοσία του στον εξοπλισμό ηλεκτροπαραγωγής υφίσταται επεξεργασία προκειμένου να μειωθεί η περιεκτικότητα σε υγρασία και στερεά σωματίδια.

Η αναερόβια βιολογική μετατροπή των οργανικών απορριμμάτων σε βιοαέριο πραγματοποιείται σε τρία στάδια. Κατά το πρώτο στάδιο (υδρόλυση), η αδιάλυτη οργανική ουσία και οι ενώσεις υψηλού μοριακού βάρους (λίπη, πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα κτλ) μετατρέπονται, μέσω της δράσης συγκεκριμένων μικροοργανισμών σε διαλυτά οργανικά συστατικά, όπως οι μονοσακχαρίτες και τα αμινοξέα, τα οποία είναι κατάλληλα υποστρώματα ως πηγές ενέργειας και μονάδων άνθρακα. Κατά το δεύτερο στάδιο (οξεογένεση), μία άλλη ομάδα μικροοργανισμών διασπά εκ νέου τα προϊόντα της πρώτης φάσης, παράγοντας οξικό οξύ, υδρογόνο, διοξείδιο του άνθρακα, καθώς και άλλες πτητικές ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους. Τέλος, κατά το τρίτο στάδιο (μεθανογένεση), οι παραπάνω ουσίες μετατρέπονται σε ένα μίγμα μεθανίου και διοξειδίου του άνθρακα, μέσω της δράσης συγκεκριμένων μικροοργανισμών.

Το βιοαέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα, μαζί με υδρατμούς και μικρές ποσότητες άλλων οργανικών ενώσεων. Το μεθάνιο είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο, πλούσιο σε ενέργεια, η υψηλή περιεκτικότητα του οποίου καθιστά το βιοαέριο κατάλληλο ως καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. Η θερμότητα που παράγεται είναι ικανή να χρησιμοποιηθεί για την κάλυψη των αναγκών μικρών βιομηχανικών ή βιοτεχνικών μονάδων ή για την τηλεθέρμανση κτιρίων μέσω ενός μικρού δικτύου τηλεθέρμανσης. Επίσης, είναι δυνατή η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας για τις λειτουργικές ανάγκες μιας μικρής παραγωγικής μονάδας. Τα τελευταία χρόνια, μέσω της χρησιμοποίησης ειδικών κατασκευών, δίνεται η δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου ή διμεθυλαιθέρα από το βιοαέριο, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υποκατάστατα των συμβατικών καυσίμων στις αγροτικές μηχανές.

Για την καύση του βιοαερίου χρησιμοποιούνται ειδικά σχεδιασμένοι καυστήρες, οι οποίοι έχουν μέση θερμική απόδοση 60%, μέσω των οποίων παραλαμβάνονται 2700-3200 kcal/m3 ή 11.3-13.4 ΜJ/m3 ωφέλιμης ενέργειας. Αν λάβουμε υπόψη ότι ως 1 kcal έχει οριστεί η θερμότητα που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας 1 kg νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου, αυτή η ωφέλιμη θερμότητα (π.χ. 3000 kcal/m3 κατά μέσο όρο) επαρκεί για να βράσει περίπου 100 kg νερού από τους 20 βαθμούς Κελσίου ή να ανάψει μια λάμπα των 60-100 Watt για 4-5 ώρες.

Η ανάπτυξη και εγκατάσταση τεχνολογιών βιοαερίου, αποτελεί μία εναλλακτική λύση με σημαντικά πλεονεκτήματα, καθώς προσφέρει περιβαλλοντικά φιλική ενέργεια και ταυτόχρονα επιλύει το πρόβλημα της διαχείρισης των απορριμμάτων. Υπολογίζεται ότι 1.000.000 τόνοι απορριμμάτων παρέχουν αρκετό βιοαέριο για την παραγωγή ενός MW ηλεκτρικού ρεύματος ετησίως για δέκα περίπου χρόνια. Η οικονομικότητα μιας μονάδας βιοαερίου βασίζεται στο γεγονός ότι η πρώτη ύλη έχει μηδενική ή αρνητική αξία, ενώ τα προϊόντα της έχουν αδιαμφισβήτητα εμπορική αξία.

Στις μέρες μας η εφαρμογή της παραγωγής βιοαερίου επεκτείνεται από πολύ μικρές κτηνοτροφικές μονάδες μέχρι πολύ μεγάλα συγκροτήματα βιολογικής επεξεργασίας. Στην Ευρώπη λειτουργούν περισσότερες από 700 μονάδες βιοαερίου, οι οποίες επεξεργάζονται ζωικά απόβλητα ή εφαρμόζουν συνδυασμένη χώνευση διαφόρων αποβλήτων γεωργικής προέλευσης. Μεγαλύτερη ανάπτυξη παρατηρείται στην κεντρική και βόρεια Ευρώπη και ειδικότερα στη Δανία και τη Γερμανία. Στις συγκεκριμένες χώρες βρίσκεται το 70% των μονάδων της Ευρώπης και αφορά κυρίως μικρές κτηνοτροφικές μονάδες. Η έντονη ανάπτυξη μονάδων βιοαερίου στις χώρες αυτές οφείλεται στη μεγάλη συγκέντρωση ζωικού κεφαλαίου ανά μονάδα επιφανείας. Η ανάπτυξη της κτηνοτροφίας οδήγησε στην παραγωγή τεράστιων ποσοτήτων ζωικών αποβλήτων και τη δημιουργία δυσεπίλυτων προβλημάτων ως προς την επεξεργασία και τη διάθεση τους στο περιβάλλον. Στις περιπτώσεις αυτές η ανάπτυξη των τεχνολογιών βιοαερίου προσέφερε σειρά από πλεονεκτήματα και περιβαλλοντικά οφέλη όπως: (1) εξοικονόμηση χρημάτων για τους αγρότες, (2) μικρότερες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, (3) οικονομική και περιβαλλοντικά αποδεκτή ανακύκλωση αποβλήτων, (4) μειωμένες εκπομπές δύσοσμων αερίων, (5) δυνατότητες μείωσης των παθογόνων οργανισμών.

Μια εγκατάσταση παραγωγής βιοαερίου δεν παρέχει μόνο τη δυνατότητα αξιοποίησης του ενεργειακού του δυναμικού, αλλά συμμετέχει παράλληλα και στη συνολική επεξεργασία των αποβλήτων της γεωκτηνοτροφικής δραστηριότητας που τα παράγει, μειώνοντας το ρυπαντικό τους φορτίο, και μάλιστα του πιο επιβαρημένου κλάσματος, σε ποσοστό πάνω από το 50%. Βέβαια, η σύσταση των οργανικών απορριμμάτων, ο σχεδιασμός του συστήματος παραγωγής βιοαερίου, καθώς και η μέθοδος διανομής του επηρεάζουν την καθαρή παραγωγή ενέργειας του συστήματος.

Στην Ελλάδα υπάρχει σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας από βιοαέριο, το οποίο αντλείται από τον όγκο των απορριμμάτων που εναποτίθενται στον Χωματερή Ανω Λιοσίων. Ο συγκεκριμένος σταθμός παραγωγής βιοαερίου είναι από τους μεγαλύτερους παγκοσμίως, αφού έχει εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ 13,9 MWe. Η μονάδα έχει τη δυνατότητα να παρέχει 8.000 κυβικά μέτρα βιοαερίου την ώρα, ενώ παράγει και ηλεκτρισμό (ισχύς 13MW) και θερμότητα (16MW), επιτυγχάνοντας ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας από την ίδια ποσότητα καυσίμου με σημαντικά μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης από την ανεξάρτητη παραγωγή της καθεμιάς από τις προαναφερόμενες μορφές ενέργειας. Το όλο έργο αναμένεται να συμβάλλει σημαντικά στην αναβάθμιση του επιβαρημένου περιβάλλοντος της Αττικής, αφού ελέγχει την ανεξέλεγκτη έκλυση βιοαερίου από την καύση των απορριμμάτων, η οποία συμβάλλει στην εμφάνιση του φαινομένου του θερμοκηπίου. Επιπλέον, επιταχύνεται η εξάλειψη των οσμών και ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος εκδήλωσης πυρκαγιών, ιδίως κατά τους καλοκαιρινούς μήνες.

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου