بیومس (زیست توده) و تولید انرژی

بیومس چیستبیومس یا زیست توده یک نوع انرژی تجدید پذیر می باشد به دلیل این که همیشه می‌توانیم درختان و گیاهان را پرورش دهیم و همیشه زمین کشاورزی برای این کار وجود دارد. سوخت‌های بیومس شامل چوب، ذرت، کود و بعضی از زباله ها می شوند. انرژی شیمیایی موجود در سوخت‌های بیومس هنگام سوختن به صورت گرما و حرارت آزاد می‌شود و می‌تواند به عنوان منبع گرما مورد استفاده قرار گیرد.همچنین چوب‌ها و یا بعضی از زباله‌ها می‌توانند سوزانده شوند تا بخار آب تولید شود و از آن برای تولید برق استفاده شود. سوزاندن بیومس تنها راه آزاد سازی آن ها نیست، بیومس‌ها می‌توانند به اشکال دیگری مانند گاز متان، اتانول و بیودیزل انرژی قابل استفاده در اختیار ما قرار دهند. مواد بدبو مثل آشغال‌های گندیده و ضایعات کشاورزی و فضولات انسانی گاز متان آزاد می‌کنند که زیست گاز نامیده می‌شود.یکی دیگر از منابع زیست توده زباله‌ها هستند که ضایعات جامد شهری نام دارند. زباله‌هایی که از محصولات گیاهی یا جانوری به دست می‌آیند زیست توده هستند. غذاهای دورریز و چمن‌های کنده شده مثال هایی از زباله‌های بیومس هستند.امروزه بیومس ۳ درصد از انرژی مورد استفاده در ایالات متحده‌ی آمریکا را تأمین می‌کنند. مردم آمریکا تلاش می‌کنند که استفاده از سوخت‌های بیومس را افزایش داده و استفاده از سوخت‌های فسیلی را کم کنند. استفاده از سوخت‌های بیومس به عنوان انرژی ضایعات را کاهش داده و موجب حمایت از کشاورزان و محصولات آن ها می‌شود.زیست توده یکی از منابع عمده در میان انواع منابع انرژی های نو می‌باشد.تعاریف گوناگونی از این منابع برداشت شده است. تعریف اتحادیه اروپا از زیست توده عبارت است از اجزای قابل تجزیه زیستی از محصولات، پسماندها و زائدات کشاورزی (شامل مواد گیاهی و دامی)، جنگل ها و صنایع وابسته و همچنین زائدات صنعتی و شهری قابل تجزیه.بر اساس تعاریف علمی زیست توده به سوخت هایی نسبت داده می شود که جرم توده آن از فیتوپلانکتون ها و زئوپلانکتون ها ساخته می‌شوند.سوخت های زیستی به دست آمده از پسماند جنگل ها و محصولات کشاورزی جهان می توانند سالانه به اندازه ۷۰ میلیارد تن نفت خام انرژی در دسترس بشر قرار دهند که این مقدار ۱۰ برابر مصرف سالانه انرژی در جهان می باشد. به علاوه می توان از این سوخت ها در تولید گرما و حرارت استفاده کرد. این امر موجب صرفه جویی اقتصادی چشمگیری می شود.تاریخچه زیست توده در ایرانمحمدبن حسین عاملی معروف به شیخ بهائی (۱۰۳۱-۹۳۵ هجری قمری) جز اولین کسانی بود که از بیوگاز حاصل از فاضلاب حمام استفاده کرد و آن را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برد.اولین هاضم تولید گاز متان در ایران در روستای نیاز آباد لرستان در سال ۱۳۵۴ ساخته شده است. این دستگاه به گنجایش ۵ متر مکعب فضولات گاوی روستا را مورد استفاده قرار داد و بیوگاز مصرفی حمام مجاور را تأمین می نمود.مطابق سرشماری سال ۱۳۷۵ ، ۱۰ درصد خانوارهای روستایی برای گرمایش منازل خود و همچنین ۵ درصد خانوارهای روستایی برای پخت و پز اغلب از چوب و فضولات دامی استفاده می کردند.در سال ۱۳۵۹ دو واحد کوچک آزمایشگاهی در دانشگاه بوعلی سینا همدان ساخته شد که با فضولات حیوانی و کود گاوی تغذیه می گردید.دانشگاه صنعتی شریف نیز در سال ۱۳۶۱ یک واحد با اندازه ۳ متر مکعب را به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار داد. این واحد از فضولات گاوی استفاده می کرد.موسسه DLR آلمان نیز پتانسیل اقتصادی زیست توده برای تولید برق را تا سال ۲۰۵۰ به میزان ۳۵۰۰ مگاوات محاسبه و ارائه نموده است.اکنون پروژه های متعددی در این خصوص توسط وزارت نیرو و بخش خصوصی در دست اجرا می باشد.ضرورت و مزایای استفاده از انرژی زیست تودهرفع مشکلات زیست محیطی حاصل از رهاسازی منابع زیست توده در طبیعت که باعث آلودگی آب، خاک، هوا می شودکاهش انتشار گازهای گلخانه ای به ویژه گاز متان در جوامکان تولید انرژی در محل مصرف که باعث کاهش اتلاف در شبکه می شودامکان تحویل انرژی پاک به صورت جامد، مایع و گازامکان تحویل انرژی به صورت برق، حرارت، سوخت خودرو و خوراک واحدهای پتروشیمیایجاد ارزش افزوده و اشتغال مولد قابل توجهکمک به ارتقای سطح بهداشت عمومیتولید انرژی با قابلیت دسترسیفن آوری های گرما شیمیایی زیست تودهبا انتقال گرما به زیست توده ها در حضور یا عدم حضور عوامل کمکی انرژی تولید می شود. انرژی تولید شده می تواند به صورت انرژی گرمایی یا انرژی ثانویه ای باشد که از فرآورده های انرژی زا به دست می آید مانند سوخت های جامد، مایع و گاز که می توانند به انرژی جنبشی یا الکتریسیته تبدیل شوند. عوامل کمکی در این فن آوری ها می تواند بخار، هوا، اکسیژن، هیدروژن و مواد جامد باشند. مهم ترین فن آوری های گرما شیمیایی عبارتند از :احتراق مستقیم که شامل کاربری خانگی و صنعتی می شودآتشکافت که شامل روش روش آتشکافت معمولی و آتشکافت با بخار می شودگازی کردن که شامل گازی سازی ساده در دمای معمولی و گازی سازی پلاسما در دمای بالا می شودفرآیند گازی سازی که شامل تبدیل ترموشیمیایی به گاز می باشد، این فرایند در دهه های اخیر توجه ویژه بسیاری از کشورهای جهان را به خود معطوف کرده است و امروزه توسعه چشمگیری داشته است.گاز سنتز به دست آمده از زیست توده در این فناوری می تواند هم برای تولید انرژی گرمایی و هم برای تولید برق استفاده شود.راندمان انرژی مفید در راکتورهای گازی ساز که بر مبنای انرژی موجود در گاز تعریف می شود در صورت استفاده از گاز خنک و پالایش شده بین ۶۰ تا ۷۰% خواهد بود و در صورتی که از انرژی گرمایی گازهای تولید شده و گاز احتراق نیز استفاده شود بازدهی کلی این فرایند تا ۹۰% نیز قابل افزایش خواهد بود.در صورتی که از این فرایند در تولید برق استفاده شود بازده الکتریکی سیستم بین ۱۰ تا ۲۲ درصد بوده و در صورت استفاده از توربین گازی ۲۰ تا ۲۷ % و در صورت استفاده از چرخه ترکیبی ۳۰ تا ۳۵% خواهد بود. قیمت تمام شده انرژی در این فرایند از بهای واقعی انرژی های فسیلی نیز ارزان تر است و با احتساب هزینه های زیست محیطی انتشار آلاینده ها از سوخت های فسیلی اختلاف بهای انرژی زیست توده باز هم بیشتر خواهد بود.گازی سازی ذرات بیومسسوخت جامد معمولا از عناصر هیدروژن و کربن تشکیل شده است که الیته می تواند شامل نیتروژن و گوگرد هم باشد ولی از آن جا که این عناصر در مقادیر بسیار کم موجودند شامل بحث و بررسی قرار نمی گیرند. تولید گاز مولد که گازی سازی نامیده می شود که ناشی از احتراق جزیی سوخت بیومس جامد بوده و در دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سلسیوس اتفاق می افتد. گاز سنتز حاصل معمولا ترکیبی ازمونوکسید کربن، متان، دی اکسید کربن و هیدروژن است. ارزش حرارتی این گاز کمتر از ارزش حرارتی گاز طبیعی است اما دارای قابلیت احتراق می باشد. بسته به نوع سیال به کار رفته برای تولید گاز، ارزش حرارتی گاز تولید شده تغییر خواهد نمود.سوخت راکتور گازی سازبراساس پارامترهای زیر، خوراک ورودی راکتور گازی ساز می تواند در دو دسته بندی خوب یا بد قرار گیردمحتوی انرژی سوختدانسیته حجمیمحتوی رطوبتمحتوی غبارمیزان قطرانویژگی های تولید خاکسترانواع راکتور گازی سازراکتورهای گازی ساز انواع مختلفی دارند که دسته بندی آن ها براساس ورود خوراک به صورت زیر می باشدراکتورهای بستر ثابتراکتور جریان متقابلراکتور جریان هم جهتراکتور جریان متقاطعراکتورهای بستر سیالدر راکتورهای بستر ثابت عامل گازی ساز که اغلب هواست از زیر یا بالای راکتور به آرامی وارد می شود. ولی در راکتور های بستر سیال آشفتگی در درون راکتور به قدری زیاد است که مواد جامد به حالت شناور در فضای راکتور در می آیند و برای ایجاد این آشفتگی، عامل گازی ساز با سرعت نسبتاً زیادی بین یک تا چهار متر بر ثانیه وارد رآکتور می شود و مواد درون آن را به حالت غلیان در می آورد. عامل گازی ساز می تواند هوا، اکسیژن، بخار یا مخلوطی از این گازها باشد.