BIOMASA proiect.doc

7/30/2019 BIOMASA proiect.doc

1/16

UNIVERSITATEA VASILE ALECSANDRIDIN BACAU FACULTATEA DE INGINERIE

SPECIALIZAREA: INGINERIA SI PROTECTIA

MEDIULUI IN INDUSTRIE

BIOMASA

Coordonatori:

S. I. Ing. Mirela PanainteAsist dr. Ing. Dana Chitimus

Studenti: Huiban SergiuBaltatescu GeorgeCiasar Petrica

Sabau ValentinVulpe Mihai

1


2/16

Cuprins :

Biomasa. 3, 4Combinarea pirolizei si a gazeifieriibiomasei. 5,6Dategenerale

.. 7Cum se formeazabiomasa.. 8Utilizareabiomasei.................................................................... 9,10Transformare chimica abiomasei.............................................. 11Deseurile

lemnoase................................................................... 12

Avantajele valorificarii deseurilorlemnoase.............................. 13Energie debiomasa....................................................................14

2


3/16

Biomasa

Biomasa reprezinta componentul vegetal al naturii. Caforma de pastrare a energiei Soarelui n forma chimica,biomasa este unul din cele mai populare si universaleresurse de pe Pamnt.

Ea asigura nu doar hrana, ci si energie, materiale deconstructie, hrtie, tesaturi, medicamente si substante

chimice. Biomasa este utilizata in scopuri energetice dinmomentul descoperirii de catre om a focului.Astazi combustibilul din biomasa poate fi utilizat n

diferite scopuri de la ncalzirea ncaperilor pna laproducerea energiei electrice si combustibililor pentruautomobile.

3


4/16

Biomasa este partea biodegradabil a produselor,deeurilor i reziduurilor din agricultur, inclusiv substanelevegetale i animale, silvicultur i industriile conexe, precum

i partea biodegradabil a deeurilor industriale i urbane.(Definiie cuprins n Hotrrea nr. 1844 din 2005 privindpromovarea utilizrii biocarburanilor i a altor carburaniregenerabili pentru transport).

Biomasa reprezint resursa regenerabil cea maiabundent de pe planet. Aceasta include absolut toatmateria organic produs prin procesele metabolice aleorganismelor vii.

Biomasa este prima form de energie utilizat de om,odat cu descoperirea focului.

4


5/16

n principiu biomasa este compus din hidrocarburi dincare prin reformarea catalitic cu vapori de ap se poateobine hidrogen. Datorit faptului c biomasa conine pn

la 40% oxigen aceasta se gazeific aproape de la sine. Senecesit foarte puin oxigen suplimentar pentru a se producereacia endoterm.

Randamentul obinut este comparabil mai mare dectde exemplu cel de la gazeifierea crbunelui. Gazeifiereaindustrial a biomasei este cu un cost de 2,5 ct/kWh cf. [1]este actualmente (2006) cel mai ieftin procedeu de fabricarea hidrogenului.

Un alt procedeu este combinarea pirolizei i a gazeifieriibiomasei. n prima faz, cea a pirolizei, se produc gazeprimare, cocs i methanol.

Acestea vor fi amestecate cu aburi, rezultnd din nouun amestec, de aceast dat din hidrogen, metan, monoxidi bioxid de carbon. i aceast a doua faz absoarbe energie

5


6/16

i n urma reformrii rezult hidrogenul.Aceast variant cu dou trepte este aplicat mai ales

n utilaje cu capacitate mai mic.

La utilizare biomasei cu umiditate mai mare, deexemplu deeul menajer, prin fermentare anaerob rezultmetan n procent de 60-70%.

Acesta curespunde biogazului din bligar. Dup

desulfurare biogazul se poate utiliza direct ca i combustibiln pile de combustie de tip MCFC sau SOFC, de unde esteadevrat ntr-o anumit msur rezult CO2 care contribuiela deteriorarea mediului.

Pilele de combustie de joasa temperatura de tip PEMFC,care sunt mai ieftine i mai simplu construite (fr unitate de

6


7/16

reformare) necesit pe post de combustil hidrogen de oanumit puritate. Apare justificat trecera alimentrii de lagaz metan la hidrogen pentru a mri cererea de pile decombustie de joasa temperatura de tip PEMFC

n condiii anaerobe, din biomas se poate obinehidrogen prin fermentaie direct cu ajutorulmicroorganismelor. Dac se utilizeaz culturi bacterielemixte, ultima verig a lanului nutriional va trebui

decuplat.Deoarece din considerente de cinetica reaciilor

eliberarea hidrogenului molecular de ctre microorganismeare loc doar la presiuni relative foarte mici, cade n sarcinaconstructorului respectiv utilizatorului bioreactoruluimeninerea acesteia n limite reduse, cu toate c suntprezente i bacterii ce consum hidrogen i care genereazmetan i sau reduc nivelul de sulf.

Producia hidrogenului prin fermentare este totui curandament energetic slab, conform tabelelor lui Thauer peaceast cale din energia de ardere a glucozei putndu-se

nmagazina cca 33% maximum. n comparaie cu aceastaprin fermentarea cu producere de metan se transfer cca85% din energia de ardere a glucozei.

Date generale

7


8/16

Masa totala (inclusiv umiditate.) - peste 2000 mlrd tone;Masa totala a plantelor terestre - 1800 mlrd tone;Masa totala a padurilor - 1600 mlrd tone;

Cantitatea energiei acumulate n biomasa terestra -25.000*1018 J;Cresterea anuala a biomasei - 400.000 mil tone;Viteza acumularii energiei de catre biomasa terestra -3000*1018 J pe an (95TWt); Consumul total anual a tuturortipurilor de energie - 400*1018 J pe an (22TWt); Utilizareaenergiei biomasei - 55*1018 J pe an (1,7TWt).

Compozitia chimica a biomasei poate fi diferentiata ncateva tipuri. De obicei plantele contin 25% lignina si 75%

glucose (cellulose si hemiceluloza) sau zaharide. Fractiuneaglucidica este compusa dint-o multime de molecule dezaharide, unite ntre ele prin lanturi polimerice lungi. Una dincele mai importante glucose este celuloza. Componentaligninica este compusa din molecule nesaharizate. Naturautilizeaza moleculele polimerice lungi de cellulose laformarea tesuturilor, care asigura integritatea plantelor.Lignina apare n plante ca ceva de genul lipiciului, care leagamoleculele celulozice ntre ele.

8


9/16

Cum se formeaza biomasa?

Bioxidul de carbon din atmesfera si apa din sol participan procesul obtinerii glucidelor (saharidelor), care formeazablocurile de constructie a biomasei. Astfel, energia solara,utilizata la fotosinteza, ii pastreaza forma chimica nstructura biomasei.

Daca ardem efectiv biomasa (extragem energiachimica), atunci oxigenul din atmosfera si carbonul dinplante reactioneaza formnd dioxid de carbon si apa. Acestproces este ciclic, deoarece bioxidul de carbon poateparticipa din nou la procesul de formare a biomasei.

Ca adaugare la sensul sau estetic de flora pamnteascaa planetei, biomasa prezinta o rezerva resursa util siimportant pentru om. Pe parcursul a mii de ani oameniiextrageau energia soarelui, pastrata n forma de energieilegaturilor chimice, arznd biomasa n calitate de combustibilsau utiliznd-o n alimentatie, utiliznd energia zaharidelor sicelulozei. Pe parcursul ultimelor secole omenirea a nvatat saobtina tipurile fosile de biomasa, n deosebi, n forma decarbune.

Combustibilii fosili prezinta rezultatul reactiei chimicefoarte ncete de transformare polisaharidelor n compuii

9


10/16

chimici asemanatoarei fractiei ligninice. n rezultat compusulchimic al carbunelui asigura o sursa de energie maiconcentrata.

Toate tipurile de combustibil fosil, utilizate de catre

omenire carbune, petrol, gaze naturale reprezinta (prinsine) biomasa straveche. Timp de milioane de ani pe Pamntresturile plantelor (vegetale) se transforma n combustibil.

Desi combustibilul extras consta din aceleeaiicomponente hidrogen si carbon - ca si biomasaproaspata, el nu poate fi atribuit la surse energeticerenovabile, pentru ca formarea lui necesita o perioada

ndelungata de timp.

Utilizarea biomasei

Creste cu tempuri rapide. n unele state dezvoltatebiomasa este utilizata destul de intens, spre exemplu,Suedia, care ii asigura 15% din necesitatea n surseenergetice primare. Suedia planifica pe viitor creitereavolumului biomasei utilizate concomitent cu nchidereastatiilor atomo- si termo-electrice, care utilizeaza combustibilfosil. n SUA 4%, unde din energie este obtinuta din biomasa,aproape de cantitatea obtinuta la statiile atomo-electrice,astazi functioneaza instalatii cu capacitatea totala de 9000MW, unde se arde biomasa cu scopul obtinerii energieielectrice. Biomasa cu usurinta poate asigura peste 20%din necesitatile energetice ale tarii. Altfel spus, resurselefunciare existente si infrastructura sectorului agrar permite

nlocuirea completa a tuturor statiilor atomice, fara ainfluenta preturile la produsele alimentare. De asemeneautilizarea biomasei la producerea etanolului poate miciora

10


11/16

importul petrolului cu 50%.Cota parte a biomasei n volumul total a energiei utilizate nunele tari:> Nepal - 94%;

> Kenia - 95%;> Malazia - 94%;> India - 50%;> China - 33%;> Brazilia - 25%;> Egiptul - 20%.

n tarile n curs de dezvoltare biomasa este utilizataneefectiv, obtinndu-se, ca regula, 5-15% din necesitatea

totala. n plus, biomasa nu este att de comoda n utilizareca combustibilul fosil.

Utilizarea biomasei poate fi periculoasa pentru sanatatesi mediu. Spre exemplu, la prepararea bucatelor n ncaperiputin aerisite se pot forma CO, NOx, formaldehide, particulesolide, alte substante organice, concentratia carora poate

ntrece nivelul recomandat de Organizatia Mondiala a

Sanatatii. n plus, utilizarea traditionala a biomasei (de obiceiarderea lemnului) este favorizeaza deficitul n creitere amateriei lemnoase: Saracirea de resurse, de substantehranitoare, problemele legate de miciorarea suprafetelorpadurilor si largirea pustiurilor.La nceputul anilor '80 aproape 1,3 mlrd oameni ii asiguraunecesitatea n combustibil pe baza miciorarii rezervelorforestiere.

Exista un potential enorm a biomasei, care poate fiinclus n circuit n cazul nbunatatirii utilizarii resurselorexistente si creiterea productivitatii. Bioenergetica poate fimodernizata datorita tehnologiilor moderne de transformarea biomasei initiale n purtatori de energie moderni si comozi(energie electrica, combustibili lichizi si gazoii, solid finisat).n rezultat biomasa

11


12/16

Energia nglobata n biomasa se elibereaza prin metodevariate, care nsa, n cele din urma, reprezinta procesulchimic de ardere (transformare chimica n prezenta

oxigenului molecular, proces prin excelenta exergonic).Forme de valorificare energetica a biomasei

(biocarburanti):

Arderea directa cu generare de energie termica.

Arderea prin piroliza, cu generare de singaz (CO + H2).

Fermentarea, cu generare de biogaz (CH4) sau

bioetanol (CH3-CH2-OH)- n cazul fermentarii produiilorzaharati; biogazul se poate arde direct, iar bioetanolul, namestec cu benzina, poate fi utilizat n motoarele cucombustie interna.

Transformarea chimica a biomasei de tip ulei vegetalprin tratare cu un alcool si generare de esteri, de exemplumetil esteri (biodiesel) si glicerol. n etapa urmatoare,biodieselul purificat se poate arde n motoarele diesel.

Degradarea enzimatica a biomasei cu obtinere deetanol sau biodiesel.

Celuloza poate fi degradata enzimatic la monomerii sai,derivati glucidici, care pot fi ulterior fermentati la etanol.

Folosita att pentru obtinerea de curent electric, ct sia agentului termic pentru locuinte, energia extrasa dinbiomasa ridica, mai nou, probleme de etica, ntruct n multezone ale lumii e nevoie mai degraba de hrana, dect decombustibili.

Desi folosirea biomasei n scopuri energetice este unadintre cerintele Uniunii Europene, exista voci care sustin cafolosirea acestei resurse necesita precizari si reconsiderari.Motivele scepticilor sunt doua: poluarea si lipsa de hrana.

12


13/16

Chinezii au anuntat deja ca renunta la proiectul de a produceetanol pentru automobile din porumb, ntruct din cauzasecetei anul acesta e nevoie de toata productia de cerealepentru hrana animalelor si a oamenilor.

Biomasa este ansamblul materiilor organice nonfosile,n care se nscriu: lemnul, pleava, uleiurile si deieurilevegetale din sectorul forestier, agricol si industrial, dar sicerealele si fructele, din care se poate face etanol. La fel casi energiile obtinute din combustibilii fosili, energia produsadin biomasa provine din energia solara nmagazinata nplante, prin procesul de fotosinteza.

Principala diferenta dintre cele doua forme de energie

este urmatoarea: combustibilii fosili nu pot fi transformati nenergie utilizabila dect dupa mii de ani, n timp ce energiabiomasei este regenerabila, putnd fi folosita an de an.

Conform Agentiei pentru Conservarea Energiei (ARCE),Romania trebuie sa incurajeze companiile si cetatenii pentrua investi in surse alternative de energie, astfel ca pondereaenergiei electrice produse din resurse regenerabile deenergie, fata de consumul national brut de energie electrica

sa ajunga la 33% pana in anul 2010. Acest tip de energienepoluanta este practic, inepuizabila, pe termen mediu silung, costurile sale fiind mult mai reduse (cu aprox. 40% fatade sursele de energie conventionala), in special in conditiilein care pretul produselor petroloiere sunt in continuacrestere. Principalele surse de energie regenerabila inRomania ar putea fi biomasa, energia solara, eoliana sienergia geotermala.

Deseurile lemnoase - principala sursa de energiealternativa

Rezervele de biomasa sunt in special deseurile de lemn,deseurile agricole, gunoiul menajer si culturile energetice.Producerea de biomasa nu reprezinta doar o resursa de

13


14/16

energie regenerabila ci si o oportunitate semnificativa pentrudezvoltarea rurala durabila. In prezent, in UniuneaEuropeana, 4% din necesarul de energie este asigurat dinbiomasa. La nivelul UE, se estimeaza crearea a cca. 300.000

de noi locuri de munca in mediul rural, prin exploatareabiomasei.

In prezent, in Romania nu s-au dezvoltat tehnologii devalorificare completa a tuturor deseurilor.

De exemplu, in momentul de fata, la noi in tara nuexista utilaje specializate in scoaterea cioatelor si aradacinilor, acest potential de deseuri lemnoase neputand fiastfel valorificat cel putin pe termen scurt si mediu.

Pe termen lung este necesara realizarea unei analize

pentru determinarea oportunitatii de achizitionare atehnologiilor deja existente pe piata europeana pentruscoaterea si valorificarea acestor cioate si radacini, tinandseama de faptul ca aceasta practica este aplicata la scaralarga in tarile nordice ale Europei si in Italia.

Tarile europene aplica aceasta tehnologie in cadrulplantatiilor energetice, datorita beneficiului economic pecare il reprezinta utilizarea acestora ca si combustibil si dinconsiderente de pregatire a solului pentru viitoarele

plantatii.Reglementarile cuprinse in legislatia UE in domeniulecologic, si anume de a se valorifica integral deseurilelemnoase rezultate in urma prelucrarilor primare sisecundare, se respecta prin plasarea unor echipamente decompactare stationare in fluxul tehnologic specific, la fiecareagent economic din domeniu.

14


15/16

Avantajele valorificarii deseurilor lemnoase:

*valorificarea produsului rezultat prin comercializarea sa atatpe piata interna, cat si la export;*aplicarea standardelor de calitate si de mediu existente lanivel european;*asigurarea unei protectii ecologice eficiente a populatiei,precum si a apei, a padurii etc.;*reciclarea materialelor;*eliminarea deseurilor de material lemnos de pe suprafetelede depozitare;

*asigurarea unor performante de ardere superioare aproduselor peletizate, sub aspectul duratei mai mari deardere a aceluiasi volum de material, precum si a uneicantitati de caldura recuperate mai mari;*utilizarea eficienta a deseurilor de material lemnosrezultate prin prelucrarea lemnului;

15


16/16

Energie de biomas

Energia nglobat n biomas se elibereaz prin metodevariate, care ns, n cele din urm, reprezint procesulchimic de ardere (transformare chimic n prezenaoxigenului molecular, proces prin excelent exergonic).

16

BIOMASA proiect.doc

Documents

Transcript of BIOMASA proiect.doc