Ολοκληρωμένος σχεδιασμός θερμοχημικών διεργασιών ενεργειακής αξιοποίησης βιομάζας
Authors: Πανόπουλος Κυριάκος 
Published: January 2014

Ο στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ολοκληρωμένη προσέγγιση στο σχεδιασμό θερμοχημικών διεργασιών αξιοποίησης βιομάζας για την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας. Η βιομάζα, μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας (Α.Π.Ε.) με μεγάλο δυναμικό, αποτελεί για την Ενωμένη Ευρώπη έναν από τους κύριους τρόπους ώστε να επιτευχθούν οι στόχοι για ανεξαρτητοποίηση του ενεργειακού συστήματός της από τα ορυκτά καύσιμα τόσο για περιβαλλοντικούς όσο και πολιτικούς λόγους. Η αποτελεσματική παραγωγή ηλεκτρισμού από βιομάζα έχει αποτελέσει αντικείμενο έντονης εφαρμοσμένης ερευνητικής δραστηριότητας εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης τα τελευταία έτη. Οι κυριότερες θερμοχημικές διεργασίες αξιοποίησης της βιομάζας για την παραγωγή ηλεκτρισμού είναι η καύση και η αεριοποίηση. Η αεριοποίηση βιομάζας μπορεί να προσφέρει συστήματα με μεγαλύτερες αποδόσεις αλλά ως τεχνολογία βρίσκεται ακόμα αντιμέτωπη με διάφορα τεχνικά προβλήματα που περιορίζουν την εφαρμογή της σε ευρεία κλίμακα. Η υποσχόμενη τεχνολογία της αεριοποίησης βιομάζας σε ρευστοποιημένη κλίνη αναλύεται διεξοδικά ενώ στο πειραματικό τμήμα της διατριβής παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η εκτέλεση πειραμάτων αεριοποίησης σε εργαστηριακής κλίμακας ολοκληρωμένο πιλοτικό σύστημα ρευστοποιημένης κλίνης που κατασκευάστηκε για το σκοπό αυτό. Ειδικότερα ο συνδυασμός της αεριοποίησης βιομάζας και η χρήση του πλούσιου σε υδρογόνο παραγόμενου αερίου σε ηλεκτροχημικά στοιχεία καυσίμου αποτελεί τεχνολογική πρόκληση για τη δημιουργία προηγμένων ηλεκτροπαραγωγικών συστημάτων με υψηλές αποδόσεις. Ένα τέτοιο ολοκληρωμένο σύστημα με αλλοθερμική αεριοποίηση βιομάζας και ηλεκτροχημικά στοιχεία καυσίμου στερεού οξειδίου εξετάζεται διεξοδικά χρησιμοποιώντας το υπολογιστικό πακέτο προσομοίωσης διεργασιών Aspenplus. Η ολοκλήρωση του συστήματος εξετάζεται εξεργειακά. Η διατριβή αποτελείται από οχτώ κεφάλαια (1-8). Τα κεφάλαια 1-4 δίνουν την απαραίτητη υποστηρικτική γνώση για την αντιμετώπιση του κυρίως πρωτότυπου τμήματος του διδακτορικού που ακολουθεί. Στην Ελληνική γλώσσα δεν υπάρχει μέχρι σήμερα αντίστοιχο κείμενο, και η ενσωμάτωσή του στο διδακτορικό κρίθηκε σκόπιμη με στόχο τη υποβοήθηση μελλοντικών ερευνητών ώστε να μπορούν να ενημερωθούν γρήγορα και να αποκτήσουν βασικές γνώσεις γύρω από τα θέματα της παραγωγής ενέργειας από βιομάζα. Το κεφάλαιο 5 αποτελεί περιγραφή του σχεδιασμού της πειραματικής εγκατάστασης ρευστοποιημένης κλίνης και την πραγματοποίηση πειραμάτων αεριοποίησης. Στο κεφάλαιο 6 περιγράφεται διεξοδικά η προσομοίωση και σχεδιασμός ολοκληρωμένου συστήματος αλλοθερμικής αεριοποίησης βιομάζας με χρήση του αερίου σε ηλεκτροχημικά στοιχεία καυσίμου στερεού οξειδίου ενώ στο κεφάλαιο 7 πραγματοποιείται εξεργειακή ανάλυση του προτεινόμενου συστήματος. Το κεφάλαιο 8 αποτελεί την ανακεφαλαίωση της διατριβής με τα προκύπτοντα συμπεράσματα και προτάσεις μελλοντικής έρευνας. Περισσότερο αναλυτικά για κάθε κεφάλαιο: Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια ανασκόπηση της κατάστασης της παραγωγής ενέργειας εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης με σκοπό να αναδειχθεί ο σημασία που έχει η αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. H E.E. έχει θέσει ως στόχο να παράγει το 12,5% του ηλεκτρισμού της το έτος 2010 από Α.Π.Ε. Σε αυτό το ποσό η βιομάζα αναμένεται να συνεισφέρει περίπου 230 TWhe, που αντιστοιχεί στο 65% περίπου της αναμενόμενης ηλεκτροπαραγωγής από Α.Π.Ε. Αυτό φανερώνει τη μεγάλη σπουδαιότητα που θα πρέπει να δοθεί στην βιομάζα για την ηλεκτροπαραγωγή τα επόμενα χρόνια. Οι λόγοι που οδηγούν την Ευρωπαϊκή Ένωση στη χρησιμοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι τόσο περιβαλλοντικοί, που συνοψίζονται στις δεσμεύσεις της Ένωσης απέναντι στην συμφωνία του Κιότο, όπως επίσης και πολιτικοί, καθώς η Ένωση επί του παρόντος είναι κατά μεγάλο ποσοστό εξαρτώμενη από εισαγωγές ορυκτών καυσίμων από ασταθείς πολιτικά περιοχές του πλανήτη.