آشنایی با انرژی زمین گرمایی

انرژی بیومس چیست؟

انرژی زیست توده یا بیومس انرژی است که از تبدیل مواد آلی به دست می آید. دو راه برای به دست آوردن این انرژی وجود دارد: از طریق احتراق زیست توده یا تبدیل آن به سوخت زیستی. این فرآیند دوم پیچیده تر است و متضمن روش های مختلفی برای انجام آن است. گیاهان زیست توده می توانند از واکنش های شیمیایی، حرارتی یا بیوشیمیایی برای به دست آوردن سوخت های زیستی استفاده کنند. در این مقاله در مورد این سه فرآیند درگیر در ایجاد سوخت زیستی از بیومس و همچنین در مورد تبدیل مستقیم زیست توده به انرژی صحبت خواهیم کرد. همچنین توضیح خواهیم داد که چگونه سه واکنش (حرارتی، شیمیایی یا بیوشیمیایی) در طرح بزرگ زیست توده نقش دارند. با ما در آداک، شرکت سازنده تابلو برق در ایران همراه باشید.

سوالاتی که در این مقاله بررسی می کنیم

• بیومس چیست؟
• از چه منابعی می توان برای تولید زیست توده استفاده کرد؟
• کدام یک از اینها بیشترین انرژی را دارد و برای محیط زیست بهترین در نظر گرفته می شود؟
• زیست توده چگونه به انرژی منتقل می شود؟
• احتراق زیست توده چیست و سوخت های زیستی چیست؟
• روش های تبدیل زیست توده به سوخت زیستی چیست؟
• کدام یک برای انسان و محیط زیست بی خطرتر است؟

بیومس چیست؟

یک تعریف ساده و روان از زیست توده این است که: “ماده ای است که از موجودات زنده یا موجوداتی که اخیراً مرده اند به دست می آید.” البته این لزوماً به معنای حیوانات مرده نیست. اغلب از اصطلاح “بیومس” برای اشاره به زیست توده لیگنوسلولزی استفاده می شود. بنابراین، وقتی مردم می پرسند «بیومس چیست؟»، در واقع می پرسند زیست توده لیگنوسلولزی چیست.

زیست توده لیگنوسلولزی چیست؟

زیست توده لیگنوسلولزی از ماده خشک گیاهان ساخته می شود. همانطور که ممکن است تعداد کمی از خوانندگان بدانند، این منبع طبیعی بسیار رایج است. بنابراین، برای ایجاد سوخت های زیستی عالی است، زیرا تولید انرژی بیومس از گیاهان مرده نه تنها مقرون به صرفه است، بلکه برای محیط زیست نیز بسیار مفید است. با این حال، منتقدان nitpicker انرژی زیست توده موفق شده اند مشکلات جالبی در مورد آن پیدا کنند. در قسمت آخر این مقاله در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد. در حال حاضر، مهم است که بدانیم در حالی که اکثر بیومس از نوع لیگنوسلولزی است، اما همه آن از گیاهان مرده به دست نمی آید.

انرژی زیست توده چیست؟

انرژی زیست توده چیزی است که پس از احتراق یا تبدیل بیومس حاصل می شود. خروجی انرژی به همان اندازه به فرآیند مورد استفاده برای تبدیل و همچنین به نوع دقیق زیست توده مورد استفاده بستگی دارد. به همین دلیل، نمی توان انرژی زیست توده را به طور کامل تعریف کرد، بلکه انواع مختلف انرژی زیست توده مانند انرژی گیاهی و انرژی اتلاف را تعریف کرد.

منابع اصلی بیومس چیست؟

اکنون که تعریف انرژی زیست توده را پوشش داده ایم، زمان آن رسیده است که به منابع دقیق آن نگاه کنیم. باور کنید یا نه، کشف انرژی زیست توده توسط انسان به اولین آتش سوزی هایی که توسط انسان های اولیه در زمان های بسیار قدیم ایجاد شد، برمی گردد. چوبی که مردم برای ایجاد آتش می سوزانند در واقع نشان دهنده اولین منبعی است که انسان برای بیومس استفاده کرده است. به طور طبیعی، این به این معنی است که امروزه رایج ترین منبع است. بیایید فهرستی از انواع ماده اولیه را ببینیم:

• چوب: درختان مرده، شاخه های سرگردان، کنده ها، تراشه ها و بریده ها.
• گیاهان: کاه، ذرت، نیشکر، گندم؛
• پسماند: زباله های جامد شهری، زباله های کارخانه های تولیدی.
• زباله: فضولات انسانی، فضولات حیوانی، زباله های پوسیده.

گیاهان به عنوان زیست توده عالی هستند زیرا می توان آنها را با مصرف انرژی نسبتا کم برداشت کرد و عملکرد بالایی در هر هکتار ارائه کرد. ذرت، نیشکر، گندم و سایر غلات مورد علاقه برای تولید سوخت های زیستی مانند بیواتانول هستند. از سوی دیگر، نی زمانی که به عنوان سوخت احتراق برای تولید گرما و الکتریسیته استفاده می شود بسیار کاربردی تر است.

تولید انرژی از پسماند

دو نوع انرژی از پسماند جامد نیز می تواند از زیست توده تولید شود. کارخانه‌های بیومس با استفاده از زباله‌های جامد شهری از محل‌های دفن زباله و پسماندهای کارخانه‌های تولیدی مختلف، دو نوع منبع را جمع‌آوری می‌کنند. ابتدا از طریق احتراق (سوزاندن زباله) گرما و الکتریسیته ایجاد می کنند. سپس، آنها از گازهای زیست توده ای که این زباله ها تولید می کنند برای سوخت های قابل احتراق (اتانول، متانول یا متان) استفاده می کنند.

پسماند انسانی و حیوانی به عنوان بیومس

زباله های انسانی، زباله های حیوانی و زباله های در حال تجزیه هر سه می توانند به عنوان زیست توده استفاده شوند. کاربرد اصلی آن تولید سوخت های قابل احتراق است. یکی دیگر از راه های مهم برای دستیابی به انرژی سبز، استفاده از باقیمانده روغن (نباتی) پخت و پز و چربی حیوانی است. سوخت بیودیزل حاصل از این فرآیند می تواند 90 درصد انرژی تولید شده توسط سوخت دیزل سنتی را تولید کند. این نوع سوخت نه تنها جایگزین معقولی است که برای مصرف‌کننده ارزان‌تر است، بلکه راهی است که در آن جهان می‌تواند عادت‌های بیهوده وابسته به بنزین را رد کند.

تبدیل بیومس به انرژی

علاوه بر فرآیندهای آشکار احتراق و/یا تجزیه (تصویر بالا)، زیست توده را می توان از طریق فرآیندی به نام تبدیل زیست توده به انرژی تبدیل کرد. همانطور که قبلاً در ابتدای مقاله بیان کردیم، سه روش برای انجام این کار وجود دارد: از طریق واکنش های شیمیایی، حرارتی و بیوشیمیایی. سه روش ذکر شده در بالا برای ایجاد سوخت های زیستی استفاده می شود. قبل از اینکه به درک دقیق این واکنش‌ها بپردازیم، به تعریف ساده و کافی از سوخت زیستی نیاز داریم.

بیشتر بدانید: راهنمای بررسی و خرید تابلو برق برای نیروگاه بیومس

سوخت زیستی چیست؟

سوخت زیستی نشان دهنده سوختی است که از طریق فرآیندهای بیولوژیکی در شرایط آزمایشگاهی کنترل شده یا در کارخانه های زیست توده به دست می آید. کارخانه های بیومس معمولاً سوخت های زیستی تجدیدپذیر را از طریق فرآیندی به نام تثبیت کربن معاصر تولید می کنند. بر خلاف تثبیت کربن طبیعی، که شامل هزاران، احتمالاً هزاره ها (به ایجاد زغال سنگ فکر کنید)، روش های امروزی روند بیولوژیکی را سرعت می بخشد.

برخلاف سوخت‌های فسیلی که کربن را دوباره به جو آزاد می‌کنند، بیشتر سوخت‌های زیستی کاملاً سازگار با محیط زیست هستند و انتشار کربن را افزایش نمی‌دهند. یک واقعیت مهم که باید به آن توجه داشت این است که همه سوخت های زیستی آلایندگی صفر ندارند.

انواع سوخت های زیستی

سوخت های زیستی ایجاد شده به عنوان انرژی بیومس، بسته به نوع توده مورد استفاده، دو نوع هستند:

نسل اول سوخت های زیستی

نسل اول سوخت های زیستی با استفاده از منابع زیست توده مانند نشاسته ذرت یا بقایای نیشکر، سوخت های زیستی نسل اول در نتیجه تخمیر قند موجود در این باقیمانده ها ایجاد می شود. سوخت های حاصل بر پایه الکل هستند و می توان از آنها برای تولید برق به طور مستقیم یا اضافه کردن به بنزین استفاده کرد. نمونه ای از سوخت زیستی نسل اول: بیودیزل، بیواتانول.

نسل دوم سوخت های زیستی

سوخت های زیستی نسل دوم با توجه به توده ای که عمدتاً دارای پسماندهای کشاورزی و زباله های شهری است، فرآیند تولید نسل دوم دشوارتر است. مواد تشکیل دهنده زیست توده لیگنوسلولزی در ایجاد این نوع انرژی زیست توده رایج هستند. مونومرهای قند پلیمرهای موجود در ماده خشک گیاهی برای ایجاد سوخت هایی مانند بیواتانول (دوباره) استفاده می شود.

معایب سوخت های نسل دوم

اگرچه نسل دوم سوخت‌های زیستی تا حد زیادی به نسل اول ترجیح داده می‌شود، اما تولید سوخت‌های آن نیز بسیار دشوار است. این لزوماً به دلیل فقدان تحقیق در زمینه بیوشیمی نیست، بلکه به دلیل فناوری ناپایدار است که هنوز راه حلی برای مقابله با سفتی ساختاری یا بی اثری شیمیایی زیست توده لیگنوسلولزی پیدا نکرده است.

فرآیندهای تبدیل انرژی زیست توده

اگرچه ما فقط سه راه اصلی تبدیل زیست توده به سوخت زیستی را ذکر کردیم، اما در واقع چهار مورد از آنها وجود دارد. در بخش بعدی این مقاله در مورد انرژی زیست توده، نگاهی دقیق تر به این موارد خواهیم داشت. 

همچنین بخوانید: آشنایی با انواع انرژی تجدید پذیر

تبدیل حرارتی انرژی زیست توده

این فرآیند از واکنش های حرارتی برای گرم شدن و به دست آوردن انرژی تقریباً از همه انواع زیست توده که در بالا ذکر شد استفاده می کند. روش‌های موجود، زیست توده را به مواد شیمیایی مفید دیگری تبدیل می‌کنند. بسته به واکنش های شیمیایی درگیر و دمایی که در آن انرژی ایجاد می شود، چهار نوع تبدیل حرارتی وجود دارد:

• از طریق احتراق
• از طریق تخریب
• از طریق تجزیه در اثر حرارت
• از طریق گازی شدن

در حالی که معنای حالت اول یعنی احتراق ممکن است واضح به نظر برسد، اما تعاریفی برای سه مورد دیگر لازم است.

تخریب بیومس چیست؟

تخریب بیومس فرآیندی است که توسط آن می توان زغال سنگ زیستی ایجاد کرد. این واکنش در دماهای بین 200 تا 320 درجه سانتیگراد رخ می دهد. تخریب هرگونه اثری از رطوبت و مواد فرار را از زیست توده حذف می کند و چیزی را که اساساً زغال سنگ است، اما بیشتر شبیه یک بریکت یا گلوله به نظر می رسد، باقی می گذارد. علاوه بر مزایای لجستیک (حمل و نقل بریکت ها بسیار ساده تر از حمل و نقل زغال سنگ است)، زیست توده ای که در معرض شکستگی قرار می گیرد برای محیط زیست نیز مفید است.

پیرولیز (تجزیه) چیست؟

پیرولیز بیانگر تجزیه ترموشیمیایی بیومس است. از طریق این فرآیند (که فقط در غیاب کامل اکسیژن و هالوژن ساخته می شود)، زیست توده به زغال سنگ زیستی و سایر مواد مفید تبدیل می شود. یک مثال خوب از پیرولیز زمانی است که آتشفشان ها فوران می کنند و زندگی گیاهان را در گدازه می پوشانند. دماهای درگیر (200-300 درجه سانتیگراد) دقیقاً دمای مورد نیاز برای تجزیه در اثر حرارت هستند. از این روش برای تبدیل پلاستیک ها به روغن های قابل استفاده مجدد نیز استفاده می شود.

گازی شدن بیومس

پیشرفته ترین فرآیند از چهار مورد شامل گرمایش زیست توده در دماهای بسیار بالا (بیش از 700 درجه سانتیگراد) بدون روشن کردن آتش است. بخار و اکسیژن کنترل شده در طی واکنش آزاد می شود. نتایج نهایی این روش مونوکسید کربن، دی اکسید کربن و هیدروژن است. گاز مرکب ساخته شده از این سه گاز سنتز نامیده می شود. گاز سنتز یک سوخت زیستی است که بسیار قابل اشتعال است و احتراق آن منبع عالی انرژی و همچنین جایگزین خوبی برای سوخت های فسیلی است.

تبدیل شیمیایی انرژی بیومس

تبدیل بیومس به سوخت زیستی پایدار، سازگار با محیط زیست و تجدیدپذیر اغلب فرآیندی پرهزینه است. روش شیمیایی تا حد زیادی گران ترین است. این شامل، اول از همه، گازی شدن زیست توده است. با توجه به شرایط بسیار خطرناکی که در آن زیست توده می تواند به گاز تبدیل شود، این یک کار پرخطر است و هزینه ها معمولاً بسیار زیاد است. بخشی از مشکل این است که زیست توده را نمی توان در یک محفظه فشار پایدار در دماهای بالا به راحتی وارد کرد که زغال سنگ یا سایر عناصر می توانند.

مزیت تبدیل شیمیایی بیومس

با این حال، بزرگترین مزیت تبدیل شیمیایی این است که می تواند مطلقاً هر نوع بیومس را از طریق فرآیند تبدیل به گاز به سوخت زیستی تبدیل کند. همچنین، دو روش وجود دارد که در آن انرژی زیست توده از طریق واکنش های شیمیایی ایجاد می شود:

تبدیل انتخابی

این فرآیند شامل ایجاد عناصر شیمیایی خاص از طریق نوعی مهندسی معکوس در سطح شیمیایی است. از این طریق، شیمیدانان می توانند زیست توده را به مواد شیمیایی میانی مانند گلوکز یا سوربیتول تجزیه کنند، که سپس می توانند به سوخت های هیدروکربنی تبدیل شوند. اساساً روشی که با آن بیودیزل از زیست توده ایجاد می شود.

تبدیل بیوشیمیایی انرژی زیست توده

این فرآیند تبدیل انرژی بیومس به سوخت های زیستی از طریق تبدیل بیوشیمیایی تا جایی که می توانید به زیست شناسی واقعی نزدیک است. فرآیندهای بیوشیمیایی در میان کسانی که به دنبال تولید سوخت زیستی تجدیدپذیر از زیست توده هستند، ضربه بزرگی است. در طبیعت روش های مختلفی برای تجزیه زیست توده وجود دارد. بیوشیمی به دنبال تقلید از این راه ها در آزمایش های کنترل شده آزمایشگاهی بوده است. یکی از روش های مبتکرانه ای که در آن تبدیل بیوشیمیایی این کار را انجام می دهد، استفاده از میکروارگانیسم ها و باکتری هایی است که معمولاً در تجزیه همان نوع زیست توده در طبیعت یافت می شوند. مواد آلی هضم، تجزیه شده و به کمپوست تبدیل می شود.

تبدیل الکتروشیمیایی انرژی بیومس

یک فرآیند ساده تر اما بسیار کمتر محبوب برای تبدیل بیومس به سوخت زیستی، تبدیل الکتروشیمیایی است. این به چه معناست؟ تبدیل زیست توده به الکتریسیته مستقیماً از طریق فرآیندی که به عنوان اکسیداسیون شناخته می شود. از طریق تبدیل الکتروشیمیایی می توان سلول های سوختی کربن، اتانول یا میکروبی ایجاد کرد.

راهکارهای حرفه ای آداک برای انرژی های تجدیدپذیر

آیا می دانید آداک در راستای گسترش انرژی های تجدیدپذیر از جمله انرژی بیومس، طیف وسیعی از محصولات و خدمات از جمله تابلو برق فشار ضعیف و فشار متوسط را ارائه می کند؟ برای آشنایی بیشتر با راهکارهای حرفه ای آداک در زمینه انرژی های تجدیدپذیر، روی لینک زیر کلیک کنید و یا از طریق تماس با کارشناسان آداک، از خدمات مشاوره ای ما بهره مند شوید. 

راهکارهای آداک برای انرژی های تجدیدپذیر

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000