Het eerste dat u moet weten, is dat biomassa niets meer is dan organische stof van plantaardige of dierlijke oorsprong, organisch afval en afval vallen hier onder, dat wil zeggen kan worden gebruikt om energie te produceren.
De reden is te wijten aan het feit dat planten de stralingsenergie van de zon omzetten in chemische energie via de fotosynthese en een deel van deze energie wordt opgeslagen in de vorm van organische stof, waarvan we kunnen profiteren.
Momenteel wordt de volgende definitie van biomassa geaccepteerd:
"Biomassa wordt beschouwd als een groep van hernieuwbare energieproducten en grondstoffen die afkomstig zijn uit organisch materiaal dat op biologische wijze is gevormd".
Het is om deze reden dat het concept van fossiele brandstoffen en de organische materialen die daarvan worden afgeleid, zoals kunststoffen en de meeste synthetische producten, niet op zijn plaats is in de definitie van biomassa.
Hoewel deze brandstoffen en afgeleide organische materialen een biologische oorsprong hadden, vond hun vorming plaats in het verleden.
Biomassa is dus een hernieuwbare energie van zonne-energie door de fotosynthese van planten.
Bovendien, volgens Richtlijn 2003/30 / EG biomassa is:
"Biologisch afbreekbare fractie van afvalproducten en residuen van landbouw, bosbouw en aanverwante industrieën, evenals de biologisch afbreekbare fractie van industrieel en stedelijk afval."
Van wat we ons realiseren is dat in het algemeen elke definitie van biomassa voornamelijk twee termen omvat; hernieuwbaar en biologisch.
Biomassa als energiebron
Sinds de oudheid gebruikt de mens biomassa als energiebron voor zijn dagelijkse taken.
Sinds het gebruik van fossiele brandstoffen begint te groeien, biomassa werd vergeten op een lager niveau, waar zijn bijdrage aan de productie van primaire energie verwaarloosbaar was.
Dankzij verschillende factoren heeft biomassa vandaag een heropleving als energiebron.
De factoren die verantwoordelijk zijn geweest voor het doen herleven van biomassa als energiebron zijn:
- De stijgende olieprijs.
- Verhoogde landbouwproductie.
- Noodzaak om alternatieve toepassingen te zoeken voor landbouwproductie.
- Klimaatverandering.
- Mogelijkheid om wetenschappelijke en technische kennis te gebruiken om het energieproductieproces te optimaliseren.
- Gunstig economisch kader voor de ontwikkeling van centrales die biomassa als brandstof gebruiken, dankzij de productiesubsidies die elektriciteitscentrales met deze bron ontvangen.
- Regelgevende moeilijkheid om andere soorten projecten te ontwikkelen, waardoor biomassa het meest redelijke alternatief blijft om een economische investering winstgevend te maken.
Soorten biomassa
De biomassa die bestemd is voor de productie van energie wordt verkregen uit de overblijfselen van bosexploitatie, uit de industrieën van de eerste en tweede verwerking van hout, uit de organische fractie van vast stedelijk afval, uit afval van veeteelt, uit land- en bosbouwproducten, energiegewassen, producten die uitsluitend bestemd zijn voor de exploitatie ervan om biomassa te verkrijgen.
Over het algemeen, biomassa wordt gewonnen uit elk organisch product dat gevoelig is voor energieverbruik, hoewel dit de belangrijkste zijn.
Natuurlijke biomassa
Natuurlijke biomassa is die geproduceerd in natuurlijke ecosystemen. De intensieve exploitatie van deze hulpbron is niet verenigbaar met de bescherming van het milieu, ook al is het een van de belangrijkste energiebronnen in onderontwikkelde landen.
Deze natuurlijke biomassa wordt gecreëerd zonder enige menselijke tussenkomst om deze te wijzigen of te verbeteren.
Het gaat fundamenteel over bosresten:
- Afgeleide producten van het schoonmaken van bossen en plantageresten
- Brandhout en takken
- Coniferen
- Bladgroen
Resterende biomassa
De resterende biomassa is wat gegenereerd in menselijke activiteiten die organische stof gebruiken. De eliminatie ervan is in veel gevallen een probleem. Dit type biomassa heeft voordelen bij het gebruik ervan:
- Vermindert vervuiling en brandrisico's.
- Beperk de stortplaatsruimte.
- De productiekosten kunnen laag zijn.
- De transportkosten kunnen laag zijn.
- Voorkom CO2-uitstoot.
- Creëer banen.
- Draagt bij aan plattelandsontwikkeling.
De restbiomassa wordt op haar beurt weer onderverdeeld in een reeks van onderstaande categorieën.
Landbouwoverschot
Landbouwoverschotten die niet voor menselijke consumptie worden gebruikt, worden geschikt geacht voor gebruik als biomassa voor energiedoeleinden.
Dit gebruik van landbouwproducten die worden gebruikt in de menselijke voedselketen heeft een ongerechtvaardigde slechte naam veroorzaakt van het gebruik van biomassa voor energiedoeleinden, aangezien dit gebruik is beschuldigd van een stijging van de kosten van bepaalde landbouwproducten die de basis vormen van voedsel in veel derdewereldlanden en ontwikkelingslanden.
Deze landbouwoverschotten kunnen zowel als brandstof in elektriciteitscentrales worden gebruikt als worden omgezet in biobrandstoffen.
Energiegewassen
De hierboven genoemde energiegewassen zijn specifieke gewassen die uitsluitend bestemd zijn voor energieproductie.
In tegenstelling tot traditionele landbouwgewassen zijn hun belangrijkste kenmerken hun hoge biomassaproductiviteit en hoge landelijkheid, uitgedrukt in kenmerken als weerstand tegen droogte, ziekte, groeikracht, vroege groei, hergroeivermogen en aanpassing aan marginale gronden.
Energiegewassen kunnen traditionele gewassen (granen, suikerriet, oliezaden) en niet-conventionele gewassen (cynara, pataca, zoete sorghum) omvatten die het onderwerp zijn van talrijke studies om hun teeltbehoeften te bepalen.
Biomassa-transformatieprocessen
Zoals hierboven te zien is, maakt de grote verscheidenheid aan materialen die deel uitmaken van het concept van biomassa het op hun beurt mogelijk om een verscheidenheid aan mogelijke transformatieprocessen van deze biomassa in energie.
Om deze reden kan biomassa worden omgezet in verschillende vormen van energie door verschillende conversieprocessen toe te passen, deze soorten energie zijn:
Verhit en stoom
Door verbranding van biomassa of biogas is het mogelijk om warmte en stoom op te wekken.
Warmte kan het belangrijkste product zijn voor verwarmings- en kooktoepassingen, of het kan een bijproduct zijn van elektriciteitsopwekking in centrales die elektriciteit en stoom opwekken.
Gasvormige brandstof
Het biogas dat wordt geproduceerd bij anaerobe vergisting of vergassingsprocessen kan worden gebruikt in verbrandingsmotoren voor elektriciteitsopwekking, voor verwarming en conditionering in de huishoudelijke, commerciële en institutionele sector en in aangepaste voertuigen.
biobrandstoffen
De productie van biobrandstoffen zoals ethanol en biodiesel (zie het artikel Hoe maak je zelfgemaakte biodiesel) heeft het potentieel om aanzienlijke hoeveelheden fossiele brandstoffen in veel transporttoepassingen te vervangen.
Het uitgebreide gebruik van ethanol in Brazilië heeft dat al meer dan 20 jaar aangetoond biobrandstoffen zijn technisch op grote schaal haalbaar.
In de Verenigde Staten en Europa neemt hun productie toe en worden ze vermengd met aardoliederivaten op de markt gebracht.
Het mengsel genaamd E20, dat bestaat uit 20% ethanol en 80% petroleum, is bijvoorbeeld toepasbaar in de meeste ontstekingsmotoren.
Momenteel ontvangt dit type brandstof een soort subsidie of staatssteun, maar in de toekomst, met de toename van energiegewassen en schaalvoordelen, kan de verlaging van de kosten hun productie concurrerend maken.
Elektriciteit
De uit biomassa opgewekte elektriciteit kan sindsdien op de markt worden gebracht als "groene energie" het draagt niet bij aan het broeikaseffect omdat het vrij is van kooldioxide (CO2) uitstoot.
Dit type energie kan nieuwe opties op de markt bieden, aangezien de kostenstructuur ervoor zorgt dat gebruikers meer kunnen investeren in efficiënte technologieën, waardoor de bio-energie-industrie zal toenemen.
Warmtekrachtkoppeling (warmte en elektriciteit)
Co-generatie verwijst naar de gelijktijdige productie van stoom en elektriciteit, dat kan worden toegepast op veel industriële processen die beide vormen van energie vereisen.
In Midden-Amerika is dit proces bijvoorbeeld heel gebruikelijk in de suikerindustrie, waar kan worden geprofiteerd van het procesafval, voornamelijk bagasse.
Vanwege de hoge betrouwbaarheid van bagasse, wordt traditioneel warmtekrachtkoppeling vrij efficiënt uitgevoerd. De laatste jaren is er echter een trend om het proces te verbeteren om meer elektriciteit op te wekken en het overschot aan het elektriciteitsnet te verkopen.
De processen die kunnen worden gevolgd om deze transformatie uit te voeren, zijn onder te verdelen in fysisch, fysisch-chemisch, thermochemisch en biologisch.
Verbranding in biomassacentrales
Simpel gezegd, verbranding is een vrij snelle chemische reactie, waarbij combineert zuurstof uit de lucht (wat is het oxidatiemiddel) met de verschillende oxiderende elementen van de brandstof waardoor er warmte vrijkomt.
Om deze reden, om dit chemische proces te laten plaatsvinden, moeten deze 4 omstandigheden voorkomen:
- Er moet voldoende brandstof aanwezig zijn, namelijk biomassa.
- Het moet voldoende verbrandingslucht aanmaken, die de zuurstof bevat die nodig is om te oxideren of te reageren met de brandstof.
- De temperatuur moet hoog genoeg zijn om de reactie te laten plaatsvinden en aan te houden. Als de temperatuur een bepaalde waarde, het vlampunt genaamd, niet overschrijdt, reageren de oxidator en de brandstof niet.
- Er moet een verbrandingsinitiator zijn, meestal een reeds bestaande vlam. Dit betekent dat andere elementen normaal gesproken deelnemen aan de ontsteking van het verbrandingssysteem, zelfs andere brandstoffen.
Biomassa voorbehandeling
Voor verbranding in de ketel moet biomassa worden onderworpen aan een voorafgaand voorbereidingsproces, dat vergemakkelijken het reactieproces tussen brandstof en oxidatiemiddel.
Dit proces vergemakkelijkt de verbranding omdat het de granulometrie en de vochtigheidsgraad fundamenteel aanpast.
De reeks processen of eerdere behandelingen heeft drie fundamentele doelstellingen:
- Homogeniseer biomassa-input in de ketel, zodat de ketel een constante energiestroom van vergelijkbare waarde ontvangt.
- Verminderen zijn granulometrie om het specifieke oppervlak te vergroten.
In feite, hoe kleiner de korrelgrootte, hoe groter het oppervlak zodat de brandstof en het oxidatiemiddel kunnen reageren, waardoor de reactie wordt versneld en de hoeveelheid biomassa die niet reageert (onverbrand) - Verlaag de luchtvochtigheid die het bevat, waardoor wordt voorkomen dat een deel van de warmte die vrijkomt tijdens de verbranding wordt gebruikt als verdampingswarmte van het water, waardoor de temperatuur van de rook wordt verlaagd.
Dit alles moet ook worden gedaan met de laagst mogelijke energieverbruik, aangezien alle energie die in deze processen wordt verbruikt, tenzij het restenergie of energie is die gratis kan worden gebruikt, een afname betekent van de netto opgewekte energie door de plant.
De biomassaketel
De ketel is absoluut de hoofduitrusting van een thermo-elektrische centrale voor verbranding van biomassa.
Daarin wordt het proces uitgevoerd waarbij de chemische energie in de biomassa wordt omgezet in thermische energie, die later zal worden omgezet in mechanische energie.
De ketel is niet alleen de belangrijkste uitrusting, maar ook de belangrijkste zorg van de technici die de leiding hebben over de werking van een installatie.
Het is zonder twijfel de apparatuur die de meeste potentiële problemen kan veroorzaken, de meeste stilstandtijd veroorzaakt en het meest stringente onderhoud vereist.
De redenen waarom de ketel problematisch is, zijn als volgt:
- Het is een opkomende technologie, niet voldoende ontwikkeld. Geconfronteerd met de geweldige ervaring die is opgedaan in andere verbrandingsprocessen waarbij een grote hoeveelheid thermische energie vrijkomt uit de oxidatie van een vaste brandstof, zoals kolencentrales, wordt de verbranding van biomassa geconfronteerd met een reeks nieuwe problemen die nog niet zijn aangepakt. zijn volledig naar tevredenheid opgelost.
- Het hoge kalium- en chloorgehalte van de biomassa veroorzaakt aanslag en corrosie in verschillende delen van de ketel.
- De verbranding is niet geheel stabiel, met aanzienlijke variaties in druk en temperatuur.
- Door de variabiliteit van de condities waaronder de biomassa bij de ingang aanwezig kan zijn, is het erg moeilijk om de regeling van de ketel volledig te automatiseren.
- De winstgevendheid van de centrales, zelfs met de premies voor elektriciteitsproductie die door de Spaanse wetgeving worden geboden, is erg krap, waardoor besparingen op alle componenten, inclusief de ketel, noodzakelijk zijn. Daarom worden de beste materialen of de beste technieken niet gebruikt, vanwege de hogere kosten die ze met zich meebrengen.
Eentje maar Een juiste keuze van het type ketel kan leiden tot een succesvolle realisatie van een project voor de opwekking van elektriciteit uit biomassaTegelijkertijd zal een verkeerde keuze het erg moeilijk maken om een investering in dit type installatie, die tussen de 1 en 3 miljoen euro per MW geïnstalleerd elektrisch vermogen vertegenwoordigt, rendabel te maken.
Biomassa thermo-elektrische installaties
Een thermo-elektrische installatie op biomassa is een elektriciteitscentrale die profiteert van de chemische energie die in een bepaalde hoeveelheid biomassa zit en die via een verbrandingsproces als thermische energie vrijkomt.
In de eerste plaats moet een biomassa-energieterugwinningsinstallatie beschikken over een voorbehandelingssysteem voor biomassa, met als hoofddoel het verminderen van de vochtigheid die het bevat, het aanpassen van de grootte en de uniformiteit van de biomassa om de omstandigheden te standaardiseren. inlaat in de ketel en bereik het hoogste rendement van het verbrandingssysteem.
Zodra de thermische energie is vrijgegeven in een geschikte oven, wisselen de gassen die vrijkomen tijdens de verbranding, bestaande uit CO2 en H2O, meestal samen met andere vaste en gasvormige stoffen, hun warmte uit in een ketel waardoor water circuleert en die normaal wordt omgezet in stoom bij een bepaalde druk en temperatuur.
De verbrandingsgassen van biomassa passeren de ketel en geven hun energie in verschillende fasen af aan water / stoom: watermuren, oververhitter, verstuiverstraal, economizer en luchtvoorverwarmers.
De stoom onder druk gevormd in de ketel wordt vervolgens getransporteerd naar een turbine, waar het uitzet, waardoor een nieuwe energietransformatie wordt geproduceerd waardoor de potentiële energie in de stoom onder druk wordt omgezet eerst in kinetische energie, en daarna in mechanische rotatie-energie.
Wetgevingskader voor thermo-elektrische centrales op biomassa in Spanje
Elektriciteitsproductie in Spanje komt overeen met particuliere investeerders, hoewel het een activiteit is die sterk wordt gereguleerd door de staat.
Verschillende wetten en decreten regelen deze activiteit en het is essentieel voor elke technicus die in biomassacentrales werkt om dit wettelijk kader te kennen.
De verschillende activiteiten die verband houden met elektrische energie zijn onderhevig aan een zekere staatsinterventie, gezien het belang van deze activiteiten.
Traditioneel wordt het karakter van openbare dienst gebruikt, waarbij de staat verantwoordelijk is voor de opwekking, het transport, de distributie en de commercialisering van elektrische energie.
Tegenwoordig is het geen openbare dienst meer, aangezien deze activiteiten volledig zijn geliberaliseerd.
Overheidsinterventie wordt momenteel gehandhaafd aangezien het activiteiten zijn die onderhevig zijn aan strenge regelgeving. Het zal in de eerste plaats interessant zijn om te bestuderen hoe de verschillende normen van invloed zijn op de activiteiten met betrekking tot de opwekking, het transport en de verkoop van elektrische energie.
Biomassa voor huishoudelijk gebruik
Hoewel ik me meer heb gericht op het verkrijgen van energie voor elektriciteit, is het gebruik van biomassa om warmte op te wekken voor het gebruik van verwarming ook genoemd, en beter nog, op huishoudelijk niveau met ketels en kachels die er exclusief voor zijn bestemd.
Als je meer informatie wilt, kun je het artikel van mijn collega Germán lezen Alles wat je moet weten over pelletkachels
Op deze manier is er niemand die je tegenhoudt op het gebied van biomassa en wie weet durf jij het aan om een van deze kachels in huis te halen.