Βιομάζα

Με τον όρο βιομάζα ονομάζουμε οποιοδήποτε υλικό παράγεται από φυτικούς ή ζωικούς οργανισμούς και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για παραγωγή ενέργειας. Η βιομάζα διαθέτει αποθηκευμένη ενέργεια, η οποία είτε προέρχεται άμεσα από τον ήλιο (φωτοσύνθεση – φυτικής προελεύσεως βιομάζα), είτε έμμεσα (ζωικής προελεύσεως βιομάζα – ενεργειακά αξιοποιούμενα απόβλητα από ζώα). Αυτή την αποθηκευμένη ενέργεια εκμεταλλευόμαστε στις μονάδες συμπαραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας.

Παραδείγματα βιομάζας είναι τα ακόλουθα:

• Υπολείμματα γεωργικών καλλιεργειών, όπως κλαδιά, φύλλα, άχυρα, υπολείμματα υλοτομίας ή και καθαρισμού δασών, επεξεργασίας ξύλου κ.α.
• Υπολείμματα μονάδων επεξεργασίας γεωργικών προϊόντων, όπως ελαιοπυρήνες, πυρήνες φρούτων, υπολείμματα εκκοκκιστηρίων βάμβακος, ελαιοτριβείων κ.α.
• Απόβλητα ζωικής προελεύσεως, όπως απόβλητα βουστασίων, χοιροστασίων, πτηνοτροφείων, σφαγείων, βιομηχανιών τροφίμων κ.α.
• Ενεργειακά φυτά μονοετή ή πολυετή, όπως σόργο, ελαιοκράμβη, αγριαγκινάρα, ευκάλυπτος.

Η βιομάζα, ως ανανεώσιμη πηγή, υπόκειται στις ευνοϊκές διατάξεις της υφιστάμενης νομοθεσίας περί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η παραγόμενη από αυτήν ηλεκτρική ενέργεια πωλείται στον Λειτουργό της Αγοράς Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΛΑΓΗΕ) για 20 χρόνια σε ιδιαίτερα προνομιακή και σταθερή τιμή. Από την άλλη, όποια μορφή βιομάζας κι αν επιλέξουμε ως πρώτη ύλη για την παραγωγική μας μονάδα, αυτή θα έχει χαμηλό ενεργειακό περιεχόμενο, σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα. Απαιτούνται συνεπώς μεγάλες ποσότητες πρώτης ύλης, ειδικά σε όγκο. Θα πρέπει επίσης να αντιμετωπιστούν οι αναμενόμενες δυσκολίες στη συλλογή και στη μεταφορά της στην παραγωγική μας μονάδα. Η περιοδικότητα στην εμφάνιση της βιομάζας, ανάλογα με την προέλευσή της, καθιστά αναγκαία την κατασκευή συστημάτων αποθήκευσης. Τέλος, το κόστος μετατροπής της πρώτης ύλης σε πιο εύχρηστες μορφές επιβαρύνει συχνά το συνολικό κόστος λειτουργίας.

Εντούτοις, η έρευνα και η τεχνολογική πρόοδος που έχει πραγματοποιηθεί τα τελευταία 10 χρόνια, σε συνδυασμό με την εξασφάλιση εγγυημένων τιμών αγοράς της παραγόμενης ενέργειας, έχουν καταστήσει τις τεχνολογίες ενεργειακής μετατροπής της βιομάζας εξαιρετικά ελκυστικές σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι προοπτικές, μάλιστα, της βιοενέργειας καθίστανται διαρκώς μεγαλύτερες και πιο ελπιδοφόρες. Στις πιο προηγμένες οικονομικά χώρες, αναμένεται να καλύπτει σημαντικό τμήμα της ενεργειακής παραγωγής μελλοντικά.

Πλεονεκτήματα σε Σχέση με Συμβατικά Καύσιμα

1. Η καύση της βιομάζας έχει μηδενικό ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα (CO₂). Δε συνεισφέρει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου, επειδή οι ποσότητες του CO₂ που απελευθερώνονται κατά την καύση της βιομάζας δεσμεύονται πάλι από τα φυτά για τη δημιουργία της βιομάζας.
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. Η βιομάζα, ως εγχώρια πηγή ενέργειας, μειώνει σημαντικά την εξάρτηση της χώρας μας από εισαγόμενα καύσιμα και βελτιώνει το εμπορικό ισοζύγιό της, εξασφαλίζοντας τον απρόσκοπτο ενεργειακό εφοδιασμό της.
4. Η ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας αυξάνει την απασχόληση στις αγροτικές περιοχές με τη χρήση εναλλακτικών καλλιεργειών (ενεργειακά φυτά), δημιουργεί εναλλακτικές αγορές για τις παραδοσιακές καλλιέργειες (ηλίανθος κ.ά.) και συγκρατεί τον πληθυσμό στις εστίες του, συμβάλλοντας έτσι στη κοινωνικο-οικονομική ανάπτυξη της περιοχής.
5. Τέλος, δίνει διέξοδο στην αδρανοποίηση τοξικών ή επιβαρυντικών για το περιβάλλον αποβλήτων (**).

(**) Σημειώνουμε ότι δυστυχώς στη χώρα μας, τα περισσότερα από τα γεωργικά υπολείμματα και φυτικά ή ζωικά απόβλητα είτε καίγονται σε ανοικτές εστίες απλώς για τη μείωση του όγκου τους, είτε διατίθενται ανεξέλεγκτα χωρίς περαιτέρω επεξεργασία στο περιβάλλον, είτε θάβονται σε εγκεκριμένους ή μη χώρους ταφής. Σε κάθε περίπτωση (πλην της ταφής σε εγκεκριμένους ΧΥΤΑ) επιβαρύνουν το υπέδαφος και τον αέρα που αναπνέουμε.

Μειονεκτήματα σε Σχέση με Συμβατικά Καύσιμα

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 εποχική παραγωγή της δυσκολεύουν την συνεχή τροφοδοσία με πρώτη ύλη των μονάδων ενεργειακής αξιοποίησής της.
3. Βάσει των παραπάνω, παρουσιάζονται δυσκολίες κατά τη συλλογή, μεταφορά, και αποθήκευση της βιομάζας 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.

Σε κάθε σταθμό βιομάζας, ανεξαρτήτως τεχνολογίας, η οικονομική βιωσιμότητα της επένδυσης βασίζεται πρωτίστως στην επίλυση των παρακάτω θεμελιωδών παραμέτρων:

1. Εξασφάλιση των απαιτούμενων ποσοτήτων για την απρόσκοπτη τροφοδοσία της μονάδας καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους.
2. Εξασφάλιση χαμηλού κόστους κτήσης και μεταφοράς της πρώτης ύλης στη μονάδα.

Για το πρώτο απαιτείται η κατασκευή των κατάλληλων μονάδων αποθήκευσης, ενώ για το δεύτερο, η μονάδα εγκαθίσταται σε απόσταση όχι μεγαλύτερη των 10-15 km από την πηγή των πρώτων υλών. Για μεγαλύτερες αποστάσεις, δεδομένου του μεγάλου όγκου της βιομάζας, το κόστος των μεταφορικών ανεβαίνει αρκετά. Οι παραπάνω λύσεις θα πρέπει να υιοθετούνται σε βάθος 20ετίας (για ολόκληρη τη διάρκεια της επένδυσης).

Τεχνολογίες

Οι τεχνολογίες ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας διακρίνονται σε 3 γενικές κατηγορίες, οι οποίες αναλύονται συνοπτικά στη συνέχεια.

A. Αναερόβια χώνευση

Η Αναερόβια Χώνευση είναι μια φυσική διαδικασία αποικοδόμησης οργανικών ουσιών με τη βοήθεια ενός ευρέος φάσματος μικροοργανισμών, απουσία οξυγόνου. Τα παραγόμενα προϊόντα είναι ένα μίγμα εύφλεκτων και μη αερίων και ένα στερεό εδαφοβελτιωτικό πλούσιο σε θρεπτικές ουσίες για τα φυτά. Το μίγμα αερίων περιέχει μεταξύ άλλων μεθάνιο (CH₄), διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και υδρατμούς (H₂O) και σε μικρότερες ποσότητες αμμωνία (NH₃), άζωτο (N₂), υδρογόνο (H₂), υδρόθειο (H₂S, και οξυγόνο (O₂). Τα αέρια αυτά, αφού καθαριστούν και αφυγρανθούν, οδηγούνται σε μηχανή εσωτερικής καύσεως για την παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας. Επίσης, θα μπορούσαν να διοχετευτούν στο δίκτυο φυσικού αερίου, όπως γίνεται σε κάποιες Ευρωπαϊκές χώρες.

Για την τροφοδοσία του αναερόβιου χωνευτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια πληθώρα υπολειμμάτων γεωργικών καλλιεργειών, ενεργειακών φυτών, υπολειμμάτων κτηνοτροφικών και πτηνοτροφικών μονάδων, σφαγείων, ελαιοτριβείων κ.α. Είναι η ακριβότερη αλλά και η παλαιότερη μέθοδος συμπαραγωγής ενέργειας από Βιομάζα και, βάσει Νομοθεσίας, εξασφαλίζει υψηλότερη τιμή παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας (feed-in tariff) από τις άλλες δύο μεθόδους, που ακολουθούν.

B. Αεριοποίηση

Με την αεριοποίηση μετατρέπουμε σε καύσιμα αέρια οποιαδήποτε οργανική πρώτη ύλη πλούσια σε άνθρακα (C). Η αεριοποίηση είναι μια σχετικά καινούργια τεχνολογία ενεργειακής αξιοποίησης της βιομάζας αν και η γενικότερη τεχνολογία είναι αρκετά παλαιά, αριθμώντας περισσότερα από 180 χρόνια ζωής. Κατά τη διάρκεια του Β’ Παγκοσμίου Πολέμου και της Κατοχής, ελλείψει πετρελαίου, πολλά αυτοκίνητα κινήθηκαν με αέριο παραγόμενο από προϊόντα ξύλου ή κάρβουνο (gazozen). Το συνολικό κόστος εγκατάστασης μιας τέτοιας μονάδας είναι χαμηλότερο από αντίστοιχη μονάδα αναερόβιας χώνευσης, ενώ οι αποδόσεις σε ηλεκτρισμό και θερμότητα είναι συγκρίσιμες. Υφίσταται όμως περιορισμός στις πρώτες ύλες τροφοδοσίας του αεριοποιητή. Συνήθως χρησιμοποιούνται φυτικής προελεύσεως υπολείμματα ή απόβλητα, τα οποία υφίστανται ειδική επεξεργασία (ξήρανση και τεμαχισμό), ώστε πριν την εισαγωγή τους στον αεριοποιητή να έχουν υγρασία μικρότερη από 20%.

Η όλη διαδικασία βασίζεται στον περιορισμό της ποσότητας οξυγόνου στο εσωτερικό του αεριοποιητή, ώστε να επιτελείται ατελής καύση της βιομάζας. Αυτή η διαδικασία, η οποία χαρακτηρίζεται ως μερική οξείδωση, προσδίδει και την απαιτούμενη θερμότητα στο σύστημα. Η πρώτη ύλη διασπάται από την υφιστάμενη θερμότητα στο εσωτερικό του αεριοποιητή, με αποτέλεσμα μια σειρά χημικών αντιδράσεων που τελικά παράγουν ένα εύφλεκτο μίγμα αερίων. Το μίγμα αυτό περιέχει μεταξύ άλλων μονοξείδιο του άνθρακα (CO), υδρογόνο (H₂), μεθάνιο (CH₄) και σε μικρότερες ποσότητες διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και άζωτο (N₂). Μετά τον καθαρισμό του, το μίγμα μπορεί να τροφοδοτήσει ένα ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος για τη συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας.

Γ. Καύση

Με τη μέθοδο της απ’ ευθείας καύσης της βιομάζας παράγεται θερμότητα, η οποία ατμοποιεί νερό. Ο ατμός στη συνέχεια κινεί ένα αεριοστρόβιλο συνεζευγμένο με ηλεκτρογεννήτρια, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Αν και φθηνότερη σε συνολικό κόστος εγκατάστασης από τις δύο προηγούμενες μεθόδους, η καύση βιομάζας χαρακτηρίζεται από χαμηλότερο συντελεστή απόδοσης για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, σε σχέση με τις προηγούμενες δύο τεχνολογίες. Η μέθοδος αυτή οικονομικά συμφέρει περισσότερο για την παραγωγή και αξιοποίηση θερμότητας (θέρμανση βιομηχανικών μονάδων, οικισμών, θερμοκηπίων κ.α.) Λόγω του σχετικά χαμηλού κόστους εγκατάστασης, σε ψυχρότερες από τη δική μας χώρες όπου μπορεί να αξιοποιηθεί για περισσότερους μήνες η παραγόμενη θερμότητα, οι οικονομικές αποδόσεις παρόμοιων μονάδων είναι αρκετά ελκυστικές.