Βιομάζα και Βιοαέριο: Φτηνή ενέργεια από οργανική ύλη και … σκουπίδια!

Από τη μαθήτρια της Α’ Γυμνασίου Ειρήνη Αντωνίου και το μαθητή της Γ’ Γυμνασίου Νικόλαο Δρούβη,   στα πλαίσια της έρευνας της φετινής Π.Ο. για το θέμα: «Ενέργεια και φυσικοί πόροι. Η ενεργειακή κρίση και οι επιπτώσεις της».

Το αναπτυγμένο βιοτικό επίπεδο του σύγχρονου ανθρώπου και η οικονομική ευημερία οδήγησαν δυστυχώς στην υπέρμετρη παραγωγή σκουπιδιών. Φανταστείτε, όμως, πόσα λιγότερα περιβαλλοντικά προβλήματα θα υπήρχαν στον πλανήτη, αν αυτά τα σκουπίδια-απόβλητα-λύματα τα μετατρέπαμε σε ενέργεια! Τη δυνατότητα αυτή μας προσφέρουν   οι σύγχρονες  τεχνολογίες ανάκτησης ενέργειας από τα απορρίμματα, όπως είναι η βιομάζα και το βιοαέριο.

ΒΙΟΜΑΖΑ

Βιομάζα είναι η ύλη που έχει βιολογική (οργανική) προέλευση και πρακτικά περιλαμβάνονται σε αυτή υλικά που προέρχονται άμεσα ή έμμεσα από το φυτικό κόσμο, όπως:

Ø  Αγροτικά παραπροϊόντα (υπολείμματα γεωργικών καλλιεργειών, υπολείμματα επεξεργασίας γεωργικών προϊόντων, όπως κουκούτσια καρπών, πυρηνόξυλο κ.λπ.).

Ø  Κτηνοτροφικά απόβλητα και απορρίμματα.

Ø  Προϊόντα δασικής προέλευσης, όπως ξύλα, κλαδιά, φύλλα…

Ø  Ενεργειακά φυτά (καλάμι, μίσχανθος, γλυκό σόργο, ευκάλυπτος κ.λπ.).

Ø  Οργανικό μέρος των αστικών στερεών αποβλήτων.

Η θέρμανση με ξύλα είναι ένα παράδειγμα χρησιμοποίησης της βιομάζας ως ενεργειακής  πηγής και είναι γνωστή εδώ και πάρα πολλά χρόνια. Σήμερα,  η βιομάζα χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Η πιο γνωστή στο κοινό μορφή βιομάζας

είναι τα πέλλετ ή συσσωματώματα ξύλου. Είναι είδος καυσίμου φιλικό προς το περιβάλλον, που προέρχεται από ξύλο ή από βιομάζα γενικά. Κατασκευάζονται κυρίως από πριονίδι ή άλλα απόβλητα από πριστήρια και μονάδες επεξεργασίες ξύλου (π.χ. θρύμματα ξύλου, ξακρίδια κ.λπ.). Σε αρκετές περιπτώσεις παράγονται και από εναλλακτικές πρώτες ύλες βιομάζας, όπως είναι το πυρηνόξυλο, οι ενεργειακές καλλιέργειες, τα κλαδέματα δέντρων  και τα υπολείμματα καλλιεργειών. Θεωρείται γενικά ως ένα ελκυστικό οικονομικά και αποδοτικό καύσιμο.

Οι κύριες εφαρμογές της  βιομάζας:

1. Θέρμανση θερμοκηπίων.

2. Θέρμανση κτιρίων με καύση  σε ατομικούς/κεντρικούς λέβητες.

3. Παραγωγή ενέργειας σε γεωργικές βιομηχανίες: Ελαιοτριβεία, πυρηνελαιουργεία, βιομηχανίες ρυζιού, καθώς και βιοτεχνίες κονσερβοποίησης καίνε τα υπολείμματά τους (υπολείμματα εκκοκκισμού, πυρηνόξυλο, φλοιοί και κουκούτσια) για την κάλυψη των θερμικών τους αναγκών ή και μέρος των αναγκών τους σε ηλεκτρική ενέργεια.

4. Παραγωγή ενέργειας σε βιομηχανίες ξύλου: Τα υπολείμματα βιομηχανιών επεξεργασίας ξύλου (πριονίδι, πούδρα, ξακρίδια κλπ) χρησιμοποιούνται για τη κάλυψη των θερμικών αναγκών της διεργασίας, καθώς και για τη θέρμανση των κτιρίων.

 5. Τηλεθέρμανση: είναι η προμήθεια θέρμανσης χώρων, καθώς και θερμού νερού χρήσης σε ένα σύνολο κτιρίων, έναν οικισμό, ένα χωριό ή μια πόλη, από έναν κεντρικό σταθμό παραγωγής θερμότητας, χρησιμοποιώντας ως καύσιμο βιομάζα. H θερμότητα μεταφέρεται με προ-μονωμένο δίκτυο αγωγών από το σταθμό προς τα θερμαινόμενα κτίρια.

 6. Παραγωγή ενέργειας από βιοαέριο: Το βιοαέριο που παράγεται από βιομάζα καίγεται σε μηχανές εσωτερικής καύσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

7. Παραγωγή βιοκαυσίμων: Υγρά καύσιμα που παράγονται από διάφορους τύπους βιομάζας: από φυτικά υλικά, συγκεκριμένα είδη καλλιεργειών και από ανακυκλωμένα ή χρησιμοποιημένα σπορέλαια. Η χρήση τους  μειώνει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από τον τομέα των μεταφορών.

Πλεονεκτήματα

1. Η καύση της βιομάζας έχει μηδενικό ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα (CO2) και δε συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, γιατί οι ποσότητες του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που απελευθερώνονται κατά την καύση της δεσμεύονται πάλι από τα φυτά για τη δημιουργία της.

2. Η μηδαμινή ύπαρξη του θείου στη βιομάζα συμβάλλει σημαντικά στον περιορισμό των εκπομπών του διοξειδίου του θείου (SO2) που είναι υπεύθυνο για την όξινη βροχή.

3. Εφόσον η βιομάζα είναι εγχώρια πηγή ενέργειας, η αξιοποίησή της συμβάλλει σημαντικά στη μείωση της εξάρτησης από εισαγόμενα καύσιμα, στη βελτίωση του εμπορικού ισοζυγίου, στην εξασφάλιση του ενεργειακού εφοδιασμού και στην εξοικονόμηση  συναλλάγματος.

4. Η ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας σε μια περιοχή, αυξάνει την απασχόληση στις αγροτικές περιοχές με τη χρήση εναλλακτικών καλλιεργειών (διάφορα είδη ελαιοκράμβης, σόργο, καλάμι, κενάφ), τη δημιουργία εναλλακτικών αγορών για τις παραδοσιακές καλλιέργειες (ηλίανθος κ.α.) και τη συγκράτηση του πληθυσμού στις εστίες τους, συμβάλλοντας έτσι στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη της περιοχής. Μελέτες έχουν δείξει ότι η παραγωγή υγρών βιοκαυσίμων έχει θετικά αποτελέσματα στον τομέα της απασχόλησης τόσο στον αγροτικό όσο και στο βιομηχανικό χώρο.

Μειονεκτήματα

1. Ο αυξημένος όγκος και η μεγάλη περιεκτικότητα σε υγρασία, σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα, δυσχεραίνουν την ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας.

2. Η μεγάλη διασπορά και η εποχιακή παραγωγή της βιομάζας δυσκολεύουν τη συνεχή τροφοδοσία με πρώτη ύλη των μονάδων ενεργειακής αξιοποίησής της.

3. Με βάση τα παραπάνω παρουσιάζονται δυσκολίες κατά τη συλλογή, μεταφορά και αποθήκευσής της, που αυξάνουν το κόστος της ενεργειακής αξιοποίησης.

4. Οι σύγχρονες και βελτιωμένες τεχνολογίες μετατροπής της βιομάζας απαιτούν υψηλό κόστος εξοπλισμού, συγκρινόμενες με αυτό των συμβατικών καυσίμων.

Η χρήση της βιομάζας στην Ευρώπη και στον κόσμο

Η βιομάζα παγκοσμίως παραμένει σε γενικές γραμμές ανεκμετάλλευτη. Οι ΗΠΑ, η Βραζιλία και η Κίνα είναι πρωτοπόρες στον κόσμο στην αξιοποίηση της βιομάζας και  τέταρτη έρχεται η Αυστρία. Κατά μέσο όρο σε όλο τον πλανήτη γίνεται εκμετάλλευση του 14% περίπου της συνολικής βιομάζας.

Εργοστάσιο παραγωγής πέλλετ

Στην Ευρωπαϊκή Ένωση η βιομάζα κατέχει την πρώτη θέση ανάμεσα στις ΑΠΕ, με ποσοστό άνω του 50%. Η κατανάλωση των 13 εκατ. τόνων πέλλετ στην Ευρώπη, σημαίνει απεξάρτηση από 6,5 εκατ. τόνους πετρέλαιο. Η Αυστρία, η Γερμανία και η Ιταλία είναι οι χώρες που κατέχουν τα πρωτεία στη συνολική εγκατεστημένη ισχύ βιομάζας. Ακολουθούν οι Σκανδιναβικές χώρες, με τη Σουηδία να ξεχωρίζει σε τομείς, όπως οι μεταφορές. Οι Σουηδοί έχουν αναδειχθεί πρωτοπόροι στη συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας με πρώτη ύλη τη δασική βιομάζα. Η πόλη Vaxjo, με πληθυσμό περίπου 60.000 κατοίκους, καλύπτει τις ανάγκες της σε θερμότητα και ηλεκτρισμό με μονάδα συμπαραγωγής.

Ο λόγος που τα προηγμένα κράτη επέλεξαν τη βιομάζα για κορωνίδα των ΑΠΕ, είναι το γεγονός ότι δημιουργεί αναμφισβήτητα τις περισσότερες μόνιμες θέσεις εργασίας σε παραγωγή και εφοδιαστική αλυσίδα. Και φυσικά, είναι η ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που αποτελεί το πλέον ισχυρό αντίπαλο δέος στο πετρέλαιο.

Η χρήση της βιομάζας στην Ελλάδα

Στη χώρα μας, η συνολική εκμετάλλευση της βιομάζας κατέχει την τελευταία θέση ανάμεσα στις ΑΠΕ  και αγγίζει σε ποσοστό μόλις το 3%! Παρότι ακόμη η παραγωγή βιομάζας στην Ελλάδα κυμαίνεται σε ιδιαίτερα χαμηλά επίπεδα, το μέλλον διαφαίνεται ιδιαίτερα αισιόδοξο, γιατί υπάρχουν μεγάλες ποσότητες ανεκμετάλλευτες που μπορούν να μετατραπούν σε βιομάζα και οι τιμές της μπορεί να είναι αρκετά πιο συμφέρουσες για τις τσέπες των Ελλήνων πολιτών από τις συμβατικές πηγές ενέργειας. Ήδη, τα δύο τελευταία χρόνια, και με αφορμή την αγωνία του Νεοέλληνα να αποδεσμευτεί από το πετρέλαιο ως πηγή θέρμανσης, χρησιμοποιείται αρκετά το πέλλετ ως θερμαντικό μέσο.

ΒΙΟΑΕΡΙΟ

Μια μονάδα βιοαερίου συλλέγει ό,τι οργανικό απόβλητο υπάρχει στη γύρω περιοχή, όπως κοπριές από αγελαδοτροφεία, λύματα από χοιροτροφεία, τα απόβλητα από ελαιοτριβεία, από εργοστάσια επεξεργασίας φρούτων, τυροκομεία, υπολείμματα εστιατορίων κλπ, τα επεξεργάζεται και παράγει τρία πολύ σημαντικά «προϊόντα». Ηλεκτρικό ρεύμα, μεγάλες ποσότητες θερμότητας και ένα πρώτης τάξεως εδαφοβελτιωτικό οργανικό λίπασμα για άμεση λίπανση στα χωράφια. Μετατρέπει δηλαδή κάτι που έχει αρνητική αξία, σε προϊόν με πολλαπλά οφέλη για όλους. Με την κατάλληλη επεξεργασία και αναβάθμιση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως καύσιμο μεταφορών, με ιδιαίτερα ανταγωνιστική τιμή.

Στη Σουηδία ήδη αρκετά οχήματα κινούνται με μεθάνιο και λειτουργούν σταθμοί διανομής βιοαερίου. Παράλληλα, το αναβαθμισμένο βιοαέριο μπορεί να διοχετευθεί στο δίκτυο του φυσικού αερίου, όπως πλέον γίνεται στην Ολλανδία, τη Σουηδία και την Ελβετία και να χρησιμοποιηθεί για ηλεκτρική και θερμική ενέργεια. Πειραματικά χρησιμοποιείται και για παραγωγή υδρογόνου, τροφοδοτώντας κυψέλες καυσίμου.

Πλεονεκτήματα του βιοαερίου

1. Ανανεώσιμη πηγή ενέργειας: παράγεται από λύματα και απόβλητα. Άρα,  θα εξαντληθεί  όταν σταματήσουν να παράγονται απόβλητα.

2. Μη ρυπογόνα μορφή ενέργειας.

3. Η εκμετάλλευσή του σε χώρους υγειονομικής ταφής σκουπιδιών ή χωματερές αποτρέπει από τη ρύπανση του υδροφόρου ορίζοντα.

4. Η τεχνολογία που απαιτείται για την αξιοποίησή του είναι φθηνότερη από τις άλλες ΑΠΕ.

5. Καθιστά ενεργειακά αυτάρκεις τις επιχειρήσεις που αξιοποιούν το βιοαέριο από τα λύματα και τα σκουπίδια τους. Π.χ.  για μία κτηνοτροφική επιχείρηση, μια αγελάδα μπορεί να παρέχει αρκετό υλικό αποβλήτων εντός της ημέρας, για να τροφοδοτήσει μια λάμπα ολόκληρη την ημέρα.

6. Συντελεί στη μείωση του φαινομένου του θερμοκηπίου, αφού τα αέρια που το δημιουργούν χρησιμοποιούνται ως μορφή ενέργειας.

7. Δημιουργεί νέες θέσεις εργασίας, 20-25 θέσεις ανά μονάδα επεξεργασίας του.

8. Μειώνει το κόστος λειτουργίας των κτηνοτροφικών μονάδων, γιατί απαλλάσσονται από τους βιολογικούς καθαρισμούς και από τα έξοδα που πληρώνουν για να διώχνουν τα λύματα.

Μειονεκτήματα του βιοαερίου

Βιοαέριο, Ψυττάλεια

1. Δεν υπάρχει εξέλιξη στην τεχνολογία αξιοποίησής του, με αποτέλεσμα, τα συστήματα που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία του να μην είναι τόσο αποτελεσματικά. Έτσι, αν και το βιοαέριο θα μπορούσε να λύσει τα ζητήματα της ενέργειας που αντιμετωπίζουν οι χώρες σε όλο τον κόσμο, μεγάλης κλίμακας βιομηχανική παραγωγή βιοαερίου δεν είναι ακόμα στον ενεργειακό χάρτη και δεν υπάρχει επενδυτικό ενδιαφέρον.

2 Το βιοαέριο περιέχει μια σειρά από ακαθαρσίες, ακόμη και μετά τις διεργασίες εξευγενισμού του. Όταν συμπιέζεται για χρήση ως καύσιμο, αυτά μπορούν να γίνουν διαβρωτικές στα μεταλλικά μέρη των κινητήρων.

3. Είναι ως ένα βαθμό επικίνδυνο, γιατί είναι επιρρεπές σε εκρήξεις, εάν το μεθάνιο που εμπεριέχει έρθει σε επαφή με το οξυγόνο.

Η παρούσα κατάσταση και οι προοπτικές

Αεριοφυλάκιο μεμβράνης για βιοαέριο

Στην Ασία, αρκετά εκατομμύρια   χωνευτές βιοαερίου βρίσκονται σε λειτουργία σε χώρες όπως η Κίνα, η Ινδία, το Νεπάλ και το Βιετνάμ, παράγοντας βιοαέριο για μαγείρεμα και φωτισμό. Αρκετές χιλιάδες αγροτικές μονάδες βιοαερίου είναι σε λειτουργία στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική και πολλές από αυτές είναι μεγάλης κλίμακας και με χρήση υψηλής τεχνολογίας. Τα τελευταία χρόνια, η παγκόσμια αγορά για το βιοαέριο αυξήθηκε κατά 20 έως 30% το χρόνο και πολλές χώρες έχουν αναπτύξει σύγχρονες τεχνολογίες βιοαερίου και έχουν πετύχει να καθιερώσουν ανταγωνιστικές εθνικές αγορές βιοαερίου.

Κατασκευή μονάδας βιαερίου στη Γερμανία

Στην Ε.Ε. λειτουργούν σήμερα 12.500 μονάδες βιοαερίου, συχνά κοντά σε ποτάμια, εμπορικές και κατοικημένες ζώνες, χωρίς την παραμικρή αρνητική επίπτωση για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Η Γερμανία, βρίσκεται στην πρώτη θέση της αξιοποίησής του και ακολουθεί η Ιταλία. Σε χώρες όπως η Σουηδία, η Ελβετία και η Γερμανία, αναβαθμισμένο βιοαέριο χρησιμοποιείται ως βιοκαύσιμο στις μεταφορές και σε αυτές τις χώρες εγκαθίστανται δίκτυα σταθμών αναβάθμισης καυσίμου και πρατήρια καυσίμων. Σχετικά νέα εφαρμογή είναι η αναβάθμιση και τροφοδότηση του βιοαερίου στο δίκτυο του φυσικού αερίου και οι πρώτες εγκαταστάσεις, στη Γερμανία και την Αυστρία, τροφοδοτούν με βιομεθάνιο τα δίκτυα του φυσικού αερίου. Η νεότερη χρήση του βιοαερίου είναι στις κυψέλες καυσίμου, οι οποίες αποτελούν μια ώριμη εμπορική τεχνολογία και ήδη λειτουργούν σε χώρες όπως η Γερμανία και οι ΗΠΑ.

Το βιοαέριο στην Ελλάδα

Ψυττάλεια

Στη χώρα μας, η παραγωγή βιοαερίου προέρχεται κυρίως από Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων,  ΧΥΤΑ και µια δύο βιοµηχανικές εφαρµογές.  Στις περισσότερες των περιπτώσεων η εκμετάλλευσή του  καλύπτει θερμικές ανάγκες των μονάδων. Παρόλα αυτά, η εγκατεστημένη ισχύς των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής από βιοαέριο ανήλθε σε 37,4 MW  και η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια ανήλθε σε 155,9 GWh. Το μεγαλύτερο τμήμα της ενέργειας παράγεται στην Αθήνα λόγω της λειτουργίας μονάδων βιοαερίου στην Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυµάτων (ΕΕΛ)  της Ψυττάλειας και στο Χώρο Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (ΧΥΤΑ)  Άνω Λιοσίων,  χώροι οι οποίοι επεξεργάζονται υγρά και στερεά απόβλητα αντίστοιχα.

 

Τηλεθέρμανση από αγροτική βιομάζα και βιοαέριο στα Αμύνταιο

Ωστόσο, αν και σε επίπεδο χώρας υπάρχει σηµαντικό δυναµικό οργανικών αποβλήτων και ειδικότερα ζωικά απόβλητα,  δεν υπάρχουν µικρής κλίµακας αγροτο-κτηνοτροφικές µονάδες.

Διαδικτυακές πηγές:

www.biomassenergy.gr

www.ypeka.gr

www.cie.org.cy/sxoliko.html

www.chalkidiki-go.gr

www.capital.gr

www.kathimerini.gr

www.karditsaportal.gr

dspace.lib.uom.gr

www.cres.gr

www.conserve-energy-future.com

http://buildinggreen.gr

www.zougla.gr