خانه / مختلف / زیست توده یا بیومس (Biomass)
زیست توده یا بیومس (Biomass)

زیست توده یا بیومس (Biomass)

زیست توده یا بیومس (Biomass) یک منبع تجدید پذیر انرژی است که از مواد زیستی به دست می آید. مواد زیستی شامل موجودات زنده یا بقایای آن‌ها است. نمونه این مواد، چوب، زباله و الکل هستند. زیست توده معمولاً شامل بقایای گیاهی است که برای تولید الکتریسیته یا گرما به کار می رود. برای مثال بقایای درختان جنگلی، مواد هرس شده از گیاهان و خرده‌های چوب می توانند به عنوان زیست توده به کار گرفته شوند. زیست توده به مواد گیاهی یا حیوانی که برای تولید الیاف و مواد شیمیایی به کار می روند نیز اطلاق می‌گردد. زیست توده شامل زباله‌های زیستی قابل سوزاندن هم می‌شود، اما شامل مواد زیستی مانند سوخت فسیلی که طی فرایندهای زمین شناسی تغییر شکل یافته‌اند، مانند ذغال سنگ یا نفت نمی‌شود. اگرچه سوخت‌های فسیلی ریشه در زیست توده‌های موجود در زمان بسیار قدیم دارند، به دلیل اینکه کربن موجود در آن‌ها از چرخه زیستی طبیعت خارج شده است و سوزاندن آن‌ها تعادل دی اکسید کربن موجود در جو را به هم می‌زند، عنوان زیست توده به آن‌ها اطلاق نمی‌گردد.

تاریخچه بهره برداری از زیست توده :

از نقطه نظر تاریخی استفاده از انرژی زیست توده به ابتدایی‌ترین دوره‌های تاریخ باز می‌گردد. از زمانی که آتش شناخته شد، انسان نخستین همواره چوب و برگ خشک درختان را به عنوان سوخت استفاده می‌کرده و این چرخه تا قرن حاضر نیز ادامه پیدا کرده است.
در خصوص بیوگاز، قدیمی ترین مورد خروج گاز و اشتعال ناقص آن به وسیله دفن زباله در طبقات زیرین زمین توسط “پیلی نی” روس گزارش شده است. وی خروج گاه به گاه گاز طبیعی و اشتعال ناقص آن را از طبقات زیرین زمین مشاهده کرد ولی “وان هلمونت”درسال ۱۶۳۰ شناسائی و اشتعال این گاز را رسماً اعلام کرد. در ایران نیز استفاده از بیوگاز سابقه ای قابل توجه دارد.” محمدبن حسین عاملی “معروف به “شیخ بهائی” (۱۰۳۱-۹۳۵ ه ق ) نخستین کسی است که بر اساس منابع تاریخی این منبع انرژی را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است.
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 داده و بیوگاز مصرفی حمام مجاور را تأمین می‌نمود.

دید کلی

تقریبا نیمی از مردم جهان برای تأمین انرژی مورد نیاز خود ، از چوب استفاده می‌کنند. چوب ، ضایعات گیاهی (مانند ضایعات نیشکر، ذرت ، چغندر قند) و دیگر منابع زیست توده ، از منابع تجدید پذیر کربن به شمار می‌آیند. استفاده از انرژی زیست توده به شکل سنتی یعنی سوزاندن چوب درختان و فضولات حیوانی باعث نابودی جنگل ها و آلودگی و تخریب محیط زیست می‌شود. اما با تلفیق روش‌های شیمیایی و زیست شناختی می‌توان قند ، سلولز و دیگر مواد موجود در ضایعات کشاورزی را به سوخت‌های مایع تبدیل کرد.
یکی از راه‌های تامین منابع انرژی زیست توده ، کاشت درختان یا درختچه‌های مناسب (با دوره رشد کوتاه و سریع) در زمین‌های نامرغوب و نیمه بایر است. گر چه سوزاندن این منابع ، گاز دی اکسید کربن را در جو منتشر می‌کند، اما چون دوره کاشت و رشد و نمو آنها دائمی است، به همان اندازه دی اکسیدکربن از جو زمین جذب می‌کنند و با استفاده از انرژی خورشیدی ، از طریق فتوسنتز، اکسیژن تولید می‌کنند. بدین ترتیب ، یک “چرخه کربن خنثی” در طبیعت پدید می‌آید.

منابع زیست توده

منابع زیست توده ، بطور کلی عبارتند از:
۱٫ جنگل ها و ضایعات جنگلی
۲٫ محصولات و ضایعات کشاورزی
۳٫ ضایعات و فاضلاب‌های صنعتی
۴٫ ضایعات جامد ، فاضلاب‌های شهری و فضولات دامی.

بررسی مکانیزم عملکرد زیست توده :

بایومس در دیگ بخار یا بویلر سوخته و بخار آب با فشار زیاد تولید می‌شود. این بخار آب وارد توربین بخار می‌شود و در آن جا از مجموعه‌ای از تیغه‌های توربین که به شکل آئوردینامیک است حرکت می‌کند و توربین را به چرخش درمی‌آورد. این توربین به یک ژنراتور الکتریکی متصل است و این ژنراتور به حرکت درمی‌آید و برق تولید می‌شود. در حالیکه فناوری تولید بخار بسیار مطمئن و قابل اعتماد است راندمان آن محدود است. قدرت دیگ‌های بخار مخصوص بایومس نوعاً بین ۲۰ تا ۵۰ مگاوات است که آن را با نیروگاه‌های ذغال سنگی با قدرت بین ۱۰۰ تا ۱۵۰۰ مگاوات می‌توان مقایسه کرد. این نیروگاه‌های کم‌ظرفیت از راندمان پائین‌تری برخوردارند و به دلیل مبادلات اقتصادی نیروگاه‌های کوچک نمی‌توانند از عهده هزینه تجهیزات افزایش‌دهنده راندمان برآیند. اگرچه فنونی برای افزایش راندمان تولید بخار آب از طریق بایومس تا بیش از ۴۰ درصد وجود دارد ولی راندمان واقعی این گونه نیروگاه ها در حدود۲۰ درصد است. در فناوری ترکیبی سوخت بایومس و ذغال سنگ بایومس جای بخشی از ذغال سنگ را در نیروگاه‌های ذغال سنگی موجود می‌گیرد. انتخاب مصرف زیست توده برای تولید برق اقتصادی‌ترین روش به شمار می‌رود. چون اغلب تجهیزات نیروگاه‌های موجود بدون تغییر عمده می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. سیستم سوخت ترکیبی ذغال سنگ و بایومس کم‌هزینه‌تر از ساخت نیروگاه بایومس است. بایومس دی‌اکسید گوگرد SO2)، اکسیدهای نیتروژن NOX و سایر آلاینده‌های هوا را کاهش می‌دهد. پس از تنظیم دیگ بخار برای حداکثر تولید برق با اضافه کردن بایومس تلفات بسیار ناچیز در راندمان ایجاد می‌شود یا اصلاً هیچگونه تلفاتی بوجود نمی‌آید. در این شرایط انرژی موجود در بایومس با راندمان بالا (حدود ۳۳ تا ۳۷ درصد) در نیروگاه ذغال سنگ به برق تبدیل می‌شود.
• منبع : ماهنامه بولتن بین الملل
• تاریخ چاپ : دو شنبه ، ١٣٨۶-٠۵-٠١
• شماره چاپ : ۱۰۰

مکانیزم عملکرد زیست گاز :
دستگاه مبدل گاز بایومس با گرم کردن بایومس در محیط زیست عمل می‌کند و در آنجا بایومس جامد تجزیه می‌شود و گاز قابل اشتعال از آن متصاعد می گردد. این طریق تولید انرژی نسبت به مستقیماً سوزاندن بایومس برتری دارد. بیوگاز حاصل از تجزیه زیست توده را می‌توان تمیز کرد و از صافی گذراند و به این وسیله ترکیبات شیمیائی موجود در آن را از آن جدا کرد. این گاز را می توان در سیستم‌های تولید برق با راندمان بیشتر مصرف کرد که به آن سیکل ترکیبی گفته می‌شود. در این سیستم برای تولید برق، توربین‌های گازی و توربین‌های بخار با هم ترکیب می‌شوند. راندمان این سیستم را می‌توان به ۶۰ درصد افزایش داد. سیستم‌های تبدیل به گاز را می‌توان با سیستم‌های پیل سوختی برای کاربردهای آینده با یکدیگر ترکیب کرد. پیل سوختی با استفاده از فرایند الکتروشیمیایی (و حرارت) گاز هیدروژن را به برق تبدیل می‌کند. در اینصورت بخش عمده ماده‌ای که در هوا متصاعد می‌شود بخار آب خواهد بود. با کاهش هزینه پیل‌های سوختی و دستگاه‌های مبدل گاز در بایومس این سیستم‌ها به سرعت روبه افزایش گذاشته خواهد شد. در سیستم‌های مدون بعضی از فناوری‌های فوق‌الذکر در مقیاس کوچک‌تری که غالباً در دهکده‌ها، مزارع و صنایع کوچک قابل اجرا است بکار برده می شود.
بررسی و تعیین قابلیت تولید برق از منابع زیست توده ایران (به روش هضم بی هوازی)
وسعت فراوان کشور و تنوع کمی و کیفی منابع زیست توده در ایران حکایت از وجود قابلیت مناسب برای تولید برق از منابع زیست توده در کشور دارد. فراوانی منابع زیست توده از یک طرف و مشکلات فراوان ناشی از رهاسازی این منابع با ارزش در طبیعت باعث توجه روزافزون سازمان‌ها و نهادهای دولتی و خصوصی به استفاده از فناوری هضم بی‌هوازی به عنوان راه حلی مناسب برای تولید انرژی (برق و حرارت) و حل مشکلات زیست محیطی پسماندهای آلی فسادپذیر شد.
نتایج تحقیقات عملی انجام شده توسط مولفین در راکتورهای آزمایشگاهی و نیمه صنعتی نشان می‌دهد که استفاده از فناوری هضم بی هوازی و احداث نیروگاه‌های بیوگازی می‌تواند راه حلی مطمئن برای ایجاد سهم مناسب زیست توده در تولید و تامین برق کشور در کنار حل مشکلات زیست محیطی پسماندهای آلی مختلف ایران شامل زباله‌های شهری، پسماندهای صنایع غذایی، فضولات دامی، فاضلاب‌های شهری و صنعتی در راکتورهای بی هوازی آزمایشگاهی (۵لیتری) و نیمه صنعتی (۰۰۰/۱۰لیتری) در شرایط مزوفیلیک ارائه می‌شود. نتایج و داده‌های حاصل از این کار عملی می‌تواند در طراحی نیروگاه‌های بیوگازی بزرگ و کوچک در کشور به کار رود.
فرایند بی هوازی

در فرآیند هضم بی هوازی مولکول‌های آلی درشت زنجیر تحت تاثیر میکروارگانیسم‌های بی هوازی در غیاب اکسیژن شکسته شده و به مولکول‌های ساده‌تر تبدیل می‌شوند. حاصل نهایی این فرآیند یک مخلوط گازی قابل اشتعال است که بیوگاز نام دارد. این گاز شامل ۷۰-۶۰ درصد متان و ۴۰-۳۰ درصد دی‌اکسیدکربن به همراه ناخالصی‌های جزئی دیگر است. این گاز بی‌رنگ و بی‌بو ارزش حرارتی kcal/m3 5290 بوده و می‌تواند به طور مستقیم برای تولید برق، برق – حرارت و روشنایی به کار رود.
همچنین در سال ۲۰۰۵انرژی تجدیدپذیر دومین منبع تامین‌کننده برق جهان با ۹/۱۷درصد سهم بوده است که ۱/۱۶درصد از برق جهان با برق آبی، ۱درصد با زیست توده و ۸/۰درصد توسط سایر منابع تجدیدپذیر تامین شده است. در سال ۲۰۰۵ مجموع ظرفیت نصب شده انواع نیروگاه‌های زیست توده در جهان به بیش از ۴۴۰۰۰ مگاوات و میزان برق تولیدی نیز بیش از ۲۵۰ تراوات ساعت رسیده است.
• منبع : ماهنامه صنعت برق

وضعیت فعلی بهره برداری از زیست توده در جهان :

امروزه منابع مفید و کاربردی زیست توده تنها به چوب و برگ خشک محدود نمی شود و طیف وسیعی از مواد از جمله پسماندهای جامد و مایع شهری و پسماندهای صنعتی و غیره را نیز در بر می‌گیرد.
منابع انرژی تجدید پذیر پس از ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، چهارمین منبع بزرگ انرژی در دنیا می‌باشند. این منبع حدود ۱۴ درصد از انرژی اولیه جهان را تامین می‌نماید و در حال حاضر بیش از% ۵/۱۱ از انرژی اولیه جهان توسط منابع زیست توده تامین می گردد. و این در حالی است که در ایالات متحده آمریکا ۳-۴ درصد از انرژی اولیه مورد نیاز فقط از منابع زیست توده تامین می‌شود. قابلیت های زیست توده تنها در تولید حرارت نیست، بلکه در تولید سرما، سوخت‌های مورد نیاز برای حمل و نقل و تولید انرژی الکتریکی نیز استفاده دارد. در سال ۲۰۰۵حدود ۴۴۰۰۰ مگاوات نیروگاه تولید برق ( با انواع فناوری ها ) و ۲۲۵۰۰۰ مگاوات حرارتی نیروگاه مدرن تولید حرارت با منبع زیست توده احداث شده است که حدود ۱۰۰۰۰ مگاوات آن فقط در ایالات متحده بوده است (حدود ۵۸ درصد از بازار تولید انرژی از منابع تجدید پذیر در امریکا). همچنین بیش از ۵۰ میلیارد لیتر سوخت تجدیدپذیر از منابع زیست توده تولید و مصرف می‌گردد.
برمبنای مطالعات انجام شده، منابع زیست توده حدود ۶۴ درصد از منابع اولیه انرژی‌های نو در اتحادیه اروپا را به خود اختصاص داده است و حدود ۹ درصد از انرژی الکتریکی تولیدی و ۹۸ درصد از انرژی حرارتی تولیدی از طریق منابع انرژی‌های نو به منابع انرژی زیست توده تعلق دارد. ( با در نظر گرفتن منابع برق آبی).
انرژی زیست توده تنها منبع انرژی تجدیدپذیر می‌باشد که انرژی را به فرم های برق، حرارت، سرما و سوخت خودرو و به اشکال جامد، مایع و گاز تحویل می نماید. به علاوه مواد زیستی جایگزین خوراک پتروشیمی و … نیز از محصولات دیگر آن می‌باشد.
*suna.org.ir 89.10.3
بررسی جایگاه بیومس در آمریکا

سیستم‌های مذکور در تولید برق از انرژی زیست توده یکی از روش‌های تولید برق تجاری در آمریکا به شمار می‌رود. با حدود ۹۷۳۳مگاوات ظرفیت نصب شده، زیست توده بزرگ‌ترین منبع برق تجدیدپذیر غیر آبی است. این ظرفیت ۹۷۳۳ مگاواتی شامل حدود ۵۸۸۶ مگاوات از گیاهان جنگل و بقایای کشاورزی، ۳۳۰۸ مگاوات ظرفیت تولید برق از زباله‌های شهری و ۵۳۹ مگاوات از سایر مواد نظیر گاز حاصل از دفن زباله است. حداکثر تولید برق از زیست توده به صورت برق بار پایه در سیستم توزیع برق موجود استفاده می‌شود..

پروژه های اجرا شده در داخل ایران:

مدیریت: دفتر انرژی زیست‌توده
تاریخ شروع : ۱۳۸۲
تاریخ پایان :۱۳۸۴
محل اجرا پروژه: شهرهای مشهد و شیراز
نتایج حاصل از اجرا پروژه:
• برآورد توان ذاتی تولید بیوگاز از زباله های شهری در شهرهای شیراز و مشهد
• مدلسازی تولید گاز در دفنگاه‌های شیراز و مشهد
• انجام مطالعات اقتصادی احداث نیروگاه برای هر دو نیروگاه
• تعیین مشخصات فنی تجهیزات برای هر دو نیروگاه
شرح پروژه:
این پروژه در چند مرحله به اجرا درآمد که عبارتند از:

مطالعات مقدماتی و مطالعات امکان سنجی ارزیابی های اقتصادی طراحی مفهومی و در نهایت تهیه اسناد مناقصه اجرائی طرح
در مرحله مطالعات مقدماتی مبانی طراحی دستگاه‌های مهندسی زباله و سامانه‌های جمع آوری و انتقال بیوگاز وشناخت فناوری‌های تولید انرژی و برق از بیوگاز دفنگاه زباله و روش های مطالعاتی میدانی و اندازه‌گیری وپایش گاز دفنگاه ارائی گردید.
درمرحله مطالعات امکان سنجی برآورد توان ذاتی تولید بیوگاز از زباله شهری مشهد، مدلسازی تولید گاز در دفنگاه زباله مشهد، پیش بینی روند تولید گاز در آینده، برآورد توان الکتریکی قابل نصب در دفنگاه مشهد، ارزیابی فنی تجهیزات تولید برق از گاز دفنگاه و معرفی مناسب‌ترین مدل‌های موتور ژنراتور تجاری موجود برای نصب در دفنگاه زباله شهری انجام گردید.
در مرحله بررسی‌های اقتصادی بر اساس نتایج مطالعات امکان سنجی به بررسی‌های اقتصادی و استفاده و از کل گاز شبکه‌های جمع آوری بیوگاز و فروش برق تولیدی به شبکه برق سراسری انجام گردید.
در مرحله طراحی خط انتقال گاز ده دستگاه به محل نیروگاه، ایستگاه تقویت فشار، مشعل مرکزی سوزان گازهای اضافی، فرآیند کلی پالایش گاز، شالوده و شاختمان استقرار موتور ژنراتور و صدمات تاًسیسات نیروگاه به همراه سامانه حفاظت الکتریکی و اتصال نیروگاه به شبکه طراحی گردید.
برای پروژه شیراز نیز بجز بخش طراحی فوق الذکر بقیه مراحل شامل مطالعات مقدماتی مطالعات امکان سنجی و ارزیابی اولیه اقتصادی اجرا گردید.

درباره نویسنده سایت

پاسخ بدهید

ایمیلتان منتشر نمیشودفیلدهای الزامی علامت دار شده اند *

*

کد امنیتی مقابل را وارد نمایید * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

رفتن به بالا