|
Biomasa poate fi folosita ca resursa pentru producerea biocombustibililor, iar cresterea utilizarii acestora va avea ca efect modificari la nivelul biomasei folosite ca materie prima, dar si la nivelul tehnologiilor de transformare a acesteia.
Diminuarea rezervelor mondiale de hidrocarburi fosile si pretul fluctuant la barilul de titei, au creat premize favorabile abordarii altor surse pentru obtinerea de combustibili. De asemenea, si legislatia restrictiva referitoare la nivelul de poluare al mediului produsa de gazele de ardere ale combustibililor conventionali contribuie la gasirea de noi surse de energie. Astfel, au aparut preocupari pentru fabricarea de biocarburanti din materii prime regenerabile (biomasa). Mai mult, unele tari ale Comunitatii Europene au legiferat o serie de politici si reglementari ce favorizeaza dezvoltarea domeniului biocombustibililor (reduceri ale accizelor pentru carburanti, credite acordate fermierilor pentru obtinerea de biomasa etc.).
In prezent, sursele de energie sunt reprezentate de combustibilii fosili (petrol, gaze naturale si carbuni), compusi radioactivi sau alte surse (soarele, caderile de apa, vantul, mareele) care permit obtinerea de lucru mecanic si caldura. Dintre acestea, petrolul si gazele naturale sunt considerate ca fiind principalele surse energetice ale planetei. Aceste surse naturale sunt epuizabile ireversibil. Estimarile efectuate pe baza nivelului actual de consum si al evaluarilor privind rezervele certe de combustibili fosili, arata ca acestea ar putea fi utilizate inca 44 de ani pentru petrol, 62 de ani pentru gaze naturale si 280 de ani pentru carbune. Rezervele de combustibili fosili sunt repartizate neuniform pe glob, iar cantitatea exploatata creste de la an la an.
De aceea, trebuie sa acordam o atentie tot mai mare biocarburantilor obtinuti din materii prime regenerabile (biomasa).
Biomasa inglobeaza orice material regenerabil de natura organica, cuprinzand vegetalele terestre (culturi agricole de uz alimentar, pomi si culturi destinate producerii de energie, plante industriale, nutreturi) si acvatice (algele, ierburile de mare), precum si ansamblul de deseuri si reziduuri organice din agricultura, piscicultura, silvicultura, deseuri municipale si alte deseuri.
Marile productii agricole de uz alimentar se pot clasifica in: cereale (grau, orez, porumb, orz, ovaz, secara etc.), oleaginoase (floarea-soarelui, soia, in, rapita, arahide, masline etc.) si zaharoase (sfecla de zahar si trestia de zahar). Dintre culturile erbacee destinate producerii de energie se pot mentiona cele de sorg, bambus, miscanthus (iarba de elefant), pir etc., iar dintre culturile pomicole, destinate aceluiasi scop, cele de plop, frasin, artar, salcie, mesteacan etc. O cantitate insemnata de biomasa o constituie rezidurile de culturi agricole reprezentate de partile plantelor cultivate care raman pe teren dupa recoltare (cocenii, frunzele si panusile de porumb, paiele de cereale etc.), precum si reziduurile rezultate din silvicultura, in urma exploatarii plantatiilor forestiere de esenta moale sau tare.
O importanta resursa regenerabila de energie o reprezinta deseurile orasenesti ce contin cantitati insemnate de material organic (hartie, carton, deseuri lemnoase, deseuri din gradini etc.).
TRANSFORMAREA BIOMASEI IN ENERGIE Principalii constituienti ai biomasei sunt hidratii de carbon, amidonul, compusii celulozici si ligninele. Pentru ca resursele vegetale sa poata contribui in mod esential la satisfacerea cererii in produse de baza trebuie respectate urmatoarele criterii:
-resursele sa fie in cantitati suficiente pentru a raspunde cererilor pietei;
-tehnologiile aplicate sa fie fiabile;
-randamentele procedeelor sa fie ridicate;
-preturile produselor obtinute sa fie concurentiale.
Biomasa poate fi recoltata si utilizata pentru obtinerea de alimente, materiale de constructii sau combustibili. De asemenea, se poate descompune in mediul natural si prin fosilizare, sa conduca la obtinerea de combustibili fosili (petrol, carbune, gaze naturale). Continutul de energie al biomasei poate fi utilizat prin arderea directa a acesteia sau prin conversia chimica in combustibili, urmata de arderea acestora. Biomasa are un rol foarte important de fixare a bioxidului de carbon din atmosfera. Aerul ambiant cu o concentratie medie de 350 ppm bioxid de carbon reprezinta o rezerva importanta.
O estimare a cantitatii totale de carbon continut in biomasa ce se acumuleaza anual este de 833*109 tone, din care 744*109 tone in paduri, 85*109 tone in plante cultivate sau salbatice si 4,5*109 tone, in plante acvatice.
In ceea ce priveste continutul de carbon al litosferei, acesta este repartizat intre carbonatii anorganici (99,9%), combustibilii fosili (0,05%) si cei nefosili ( 0,02%).
Cantitatea totala de energie consumata anual in toata lumea este de 321*1018 J. Daca consideram ca energia solara captata de pamant are o intensitate de 220 W/m2 inseamna ca energia consumata de omenire este egala cu energia primita de la soare de doar 0,01% din suprafata terestra.
Mecanismul cel mai eficient de captare a energiei solare la scara mare este cresterea biomasei. Cantitatea totala de carbon din biomasa poate produce o cantitate de energie de 110 ori mai mare decat necesarul de energie al omenirii.
Daca se utilizeaza o valoare medie de 16*109 J / tona de biomasa uscata pentru puterea calorifica a biomasei, rezulta ca doar 8*109 tone de biomasa pot produce o cantitate de energie egala cu cea obtinuta din arderea combustibililor fosili (286*1018 J). Se estimeaza ca 171*109 tone de biomasa (cu un continut de 77*109 tone carbon) se fixeaza in pamant in fiecare an. In concluzie, biomasa poate fi considerata o resursa energetica foarte importanta care are doua mari avantaje: este regenerabila si nu produce o crestere a concentratiei de bioxid de carbon din atmosfera.
Procesele ce pot fi utilizate pentru obtinerea directa de energie (termica sau electrica), combustibili (gazosi, lichizi sau solizi), precum si produsi cu utilizare in industria chimica sunt prezentate in tabelul de mai sus.
Sunt foarte multi parametri care interactioneaza, iar combinatiile de procese posibile si avantajoase economic sunt dependente de tipul de biomasa. De exemplu, in cazul unei alge marine („Macrocystis pyrifera") care contine 95% apa intracelulara nu este recomandabila utilizarea unor procese termice de conversie. Lemnul, avand un continut redus de umiditate, poate fi utilizat in procesele de conversie termica.
In ceea ce priveste suprafata necesara pentru cultivarea biomasei, aceasta nu este exagerat de mare.
Principalele tipuri de procese de conversie ale biomasei pot fi clasificate in patru grupe:
- fizice (macinare, separare, uscare, brichetare etc.);
- biologice-biochimice (fermentare: anaeroba, aeroba, alcoolica);
- termice (combustie, piroliza, gazeificare, hidrogenare);
- chimice (folosesc initial procese biologice si biochimice care sunt apoi completate cu sinteze chimice; de exemplu, sinteza biodisel-ului).
Din masa vegetala, sub diferitele ei forme se pot obtine biocombustibili, iar acestia sunt benefici pentru mediul inconjurator, deoarece adauga mult mai putine emisii nocive in atmosfera (contin si oxigen in structura lor chimica cu efecte benefice pentru ardere si emisiile de gaze de ardere) si utilizeaza diferite deseuri agricole ca resursa.
DIN CE SE OBTIN PRINCIPALII BIOCARBURANTI ? In prezent, principalii biocarburanti existenti sunt: bioetanolul, biodiesel-ul si biogazul. Bioetanolul este definit ca alcoolul etilic de provenienta naturala. Materiile prime utilizate in fabricarea etanolului sunt:
-materii prime glucidice (trestie de zahar, sfecla de zahar, sorgul zaharat, unele fructe etc.);
-materii prime amidonoase (porumbul, graul, cartoful, maniocul);
-materii prime lignocelulozice (lemnul si alte materiale din plante fibroase).
Cea mai importanta sursa de obtinere a bioetanolului, din punct de vedere cantitativ, o reprezinta materiile prime lignocelulozice sub forma de deseuri agricole (paie de cereale si orez, bagasa - deseuri de trestie de zahar, fibre si deseuri de bumbac etc.), culturi erbacee destinate acestui scop, deseuri industriale etc.
Obtinerea bioetanolului din surse bogate in glucide este un proces ce are la baza fermentatia glucidelor cu 6 atomi de carbon in etanol, cu ajutorul tulpinilor de drojdii, un proces relativ simplu; in schimb, transformarea materialelor lignocelulozice in glucide fermentescibile este un proces mai dificil. Disponibilitatea materiei prime constituie una din constrangerile majore actuale pentru a dezvolta fabricarea si utilizarea acestui biocarburant.
Biodieselul, din punct de vedere chimic, este un amestec de mono-alchil esteri ai acizilor grasi, obtinut in mod obisnuit prin reactia de transesterificare a trigliceridelor cu un alcool inferior. Combustibilul biodiesel prezinta o serie de avantaje comparativ cu combustibilul diesel provenit din petrol, fiind mai putin poluant, biodegradabil si obtinut din surse regenerabile. Sursele obisnuite de trigliceride utilizate pentru obtinerea de biodiesel le constituie uleiurile vegetale si grasimile animale.
LIPIDELE NEUTRE SI BIODIESELUL Grasimile reprezinta una dintre cele mai importante surse naturale de materii prime, avand un avantaj deosebit prin faptul ca ele se regenereaza in procesul ciclic natural al plantelor, respectiv al animalelor, din care provin. Materiile grase sau grasimile, din punct de vedere chimic, sunt esteri ai glicerinei cu acizi carboxilici saturati sau nesaturati, iar in unele cazuri cu hidroxiacizi, avand un numar par de atomi de carbon. O alta denumire a grasimilor este cea de lipide neutre. Compozitia chimica a grasimilor este determinata in principal de sursa naturala din care provin, precum si de o serie de factori, ca de exemplu, procedeele de obtinere. Compozitia in acizi grasi si distributia lor in trigliceride este variabila si depinde de sursa naturala. De asemenea, este influentata si de o serie de factori printre care se pot mentiona: conditiile de clima, de sol, de amplasare geografica, gradul de maturitate, iar pentru cele animale, de specia animala, de regimul alimentar, de sanatatea animalului, de localizarea depozitului de grasime.
Tipul si compozitia acizilor grasi din materia prima determina o serie de proprietati ale biodiesel-ului obtinut. De exemplu, daca materia prima contine in principal acizi grasi saturati, biodiesel-ul obtinut din aceasta materie prima va avea o cifra cetanica ridicata. (Cifra cetanica arata tendinta spre aprindere a combustililor folositi in motoarele diesel, cu auto-aprindere. Cu cat aceasta este mai mare, cu atat mai usor se aprinde combustibilul. La combustibilii obisnuiti, folositi la motoarele diesel, cifra cetanica variaza intre 35 si 55). In schimb, daca materia prima contine preponderent acizi grasi nesaturati, cifra cetanica a biodiesel-ului obtinut va fi mai redusa. Temperatura de tulburare si caldura de combustie, alte proprietati importante ale unui carburant, cresc odata cu numarul atomilor de carbon din acizii grasi si pot mentiona: soia (boabele de soia - aproape tot biodiesel-ul fabricat in SUA este obtinut din soia), floarea-soarelui, semintele de rapita (folosite in special in Europa), canola (o planta asemanatoare rapitei), uleiul de cocos (folosit in special in America de Sud), mustarul si bumbacul. Iar ca materii grase de origine animala, grasimi animale, grasimile reziduale din industria de prelucrare a carnii sau reziduri grase alimentare sau nealimentare.
Fermentarea anaeroba a deseurilor organice (descompunerea bacteriana a materialelor organice in absenta oxigenului) asigura posibilitatea obtinerii de energie regenerabila, biogaz compus in principal din metan si dioxid de carbon. Metanul se poate comprima si folosi drept carburant pentru vehiculele care folosesc gazul natural.
Gazificarea biomasei (in functie de temperatura la care se desfasoara procesul) conduce, in principal, la obtinerea degaz de sinteza (amestec de monoxind de carbon si hidrogen) ce poate fi convertit, prin tehnologii cunoscute, in diferiti compusi chimici sau combustibili. Pentru viitorul mai indepartat ar putea fi folosit drept carburant hidrogenul obtinut din biomasa sau din combustibili lichizi bogati in hidrogen, ca de exemplu, metanolul sau etanolul. In orice situatie, biomasa poate fi utilizata ca resursa pentru producerea acestui biocombustibil.
Cresterea utilizarii biocombustibililor va avea ca efect modificari atat privind biomasa utilizata drept materie prima, cat si a tehnologiilor de transformare a acesteia in biocombustibili. Cu siguranta, este foarte importanta folosirea si in continuare a produselor agricole ca porumb, sfecla de zahar si seminte oleaginoase, dar trebuie sa creasca si ponderea altor surse de materii prime, cum ar fi culturile destinate obtinerii de energie, biomasa lemnoasa, iarba etc., deoarece materiile prime regenerabile au alte caracteristici fizico-chimice decat resursele fosile si necesita tehnologii noi de prelucrare.
|
