ΣΥΣΣΩΜΑΤΩΜΑΤΑ ΥΠΟΛΕΙΜΑΤΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΩΝ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΦΘΗΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ

Στο μισό θα μπορούσαν να μειώσουν τις δαπάνες για θέρμανση οι κάτοικοι εάν αξιοποιούσαν τα υπολείμματα της βαμβακοκαλλιέργειας στο πλαίσιο ενός συστήματος τηλεθέρμανσης. Το πλούσιο υλικό των υπολειμμάτων, η λεγόμενη βιομάζα, μπορεί να αποτελέσει μια εναλλακτική πηγή ενέργειας και θέρμανσης, περιορίζοντας τις σχετικές δαπάνες, αλλά και εξασφαλίζοντας επιπλέον εισόδημα στους βαμβακοπαραγωγούς.

Μελέτη που διενήργησε το Εργαστήριο Εναλλακτικών Ενεργειακών Πόρων της Γεωπονικής Σχολής του ΑΠΘ,  όπου η καλλιέργεια του βαμβακιού κυριαρχεί, κατέδειξε πως η αξιοποίηση των στελεχών του βαμβακιού (οι καλαμιές που απομένουν στο χωράφι μετά τη συγκομιδή) ως καύσιμη ύλη σε ειδικούς καυστήρες και η μεταφορά της θερμικής ενέργειας στα νοικοκυριά μέσω συστήματος τηλεθέρμανσης θα αποφέρει οικονομικό όφελος της τάξης του 48% σε σύγκριση με τη χρήση του πετρελαίου. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα του οικισμού της Νέας Τυρολόης Δήμου Σκοτούσσας. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της επιστημονικής ομάδας του Εργαστηρίου, προκειμένου οι εξακόσιοι κάτοικοι να έχουν θέρμανση για όλο τον χειμώνα, αλλά και ζεστό νερό επί εικοσιτετραώρου βάσεως, χρησιμοποιώντας πετρέλαιο η δαπάνη ανέρχεται σε 485.000 ευρώ (τιμή πετρελαίου 0,60 ευρώ/λίτρο). Αντιθέτως, αν για τις ίδιες ανάγκες αξιοποιούνταν τα φυτικά υπολείμματα της βαμβακοκαλλιέργειας (τιμή 0,75 ευρώ/κιλό), τότε η δαπάνη δεν θα ξεπερνούσε τα 220.000 ευρώ. Ετσι, με έξι μονάδες τηλεθέρμανσης ολόκληρος ο Δήμος Σκοτούσσας θα μπορούσε να θερμαίνεται οικονομικά και αποδοτικά.

Η ενεργειακή απόδοση των βαμβακοστελεχών κρίνεται ιδιαίτερα καλή, χάρη στο βαμβακέλαιο που περιέχουν. Οπως προέκυψε από τη μελέτη, σε όλο τον νομό Σερρών παράγονται περί τους 116.000 τόνους υπολειμμάτων βαμβακιού ετησίως. Πρόκειται για το 28% της συνολικής ποσότητας φυτικών υπολειμμάτων που παράγει ο νομός - όπου, εκτός του βαμβακιού, καλλιεργείται επίσης καλαμπόκι, σιτάρι, ρύζι και κριθάρι - αλλά εκτιμάται πως μπορεί να αποδώσει το 42,8% της ενέργειας που θα παρήγαγαν όλα τα φυτικά υπολείμματα.

Στην Ελλάδα η βιομάζα δεν έχει αξιοποιηθεί ακόμη σε ικανοποιητικό βαθμό. Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ενωσης, εξήγησε, όπου το 70% του συνόλου των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) προέρχεται από τη βιομάζα, η συμμετοχή της στην ενεργειακή χρήση αυξάνει ετησίως με ρυθμούς 6%-7%. Αντιθέτως, στη χώρα μας ο ρυθμός αυτός δεν ξεπερνάει το 1% ετησίως. Το συνολικό ποσοστό των ΑΠΕ στη γεωργία, εξάλλου, δεν ξεπερνάει το 2%.

Η ενεργειακή χρήση της βιομάζας, όμως, όπως τόνισε ο ίδιος, μπορεί να συμβάλλει στη μείωση της κατανάλωσης των συμβατικών καυσίμων και άρα στην επίτευξη των στόχων περί Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας που έχει αναλάβει η χώρα στο πλαίσιο της Ε. Ε. (έως το 2020 αύξηση κατά 20% της ενεργειακής απόδοσης, των ΑΠΕ, της συμμετοχής των βιοκαυσίμων στα καύσιμα μεταφοράς). Η βιομάζα μπορεί να αποδώσει επιπλέον εισόδημα στους παραγωγούς, εφόσον συστήσουν κάποιας μορφής συλλογική οργάνωση. Ετσι, η βιομάζα από λύματα κτηνοτροφικών μονάδων ή ελαιουργείων μπορεί να αξιοποιηθεί για την παραγωγή βιοαερίου (μεθανίου και υδρογόνου) ως καύσιμης ύλης, όπως και για την παραγωγή οργανικού λιπάσματος, συμβάλλοντας στον περιορισμό των χημικών λιπασμάτων, η παραγωγή των οποίων κρίνεται ιδιαίτερα ενεργοβόρα.

Μέχρι σήμερα στην Ελλάδα η παραγωγή συσσωματωμάτων υπολειμμάτων αγρατικών καλλιεργειών στοχεύει σε ενα επικεντρωμένο μέρος της ελληνικής αγοράς που αφορά στις ήδη υπάρχουσες συμβατικές μονάδες καύσης της βιομάζας σε μερικές ελληνικές αγροτοβιομηχανίες (συμβατικοί καυστήρες με λέβητες) οι οποίες αξιοποιούν ενεργειακά με αυτόν τον τρόπο τα υπολείμματά τους.

Η χρήση αυτή δεν αρκεί για την μακροπρόθεσμη δυναμική των αγορών αυτών. Η ανάπτυξη περιβαλλοντικών μονάδων αεριοποίησης / πυρόλυσης (αντί της μη αποδεκτής, περιβαλλοντικά πλέον καύσης σύμφωνα με το Πρωτόκολλο του Κιότο) θα συμβάλλει σημαντικά στη διεύρυνση της βιωσιμότητας των αγορών στερεών βιοκαυσίμων.

Πλεονεκτήματα συσσωματωμάτων:

• Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα σε σχέση με το μικρό όγκο τους.
• Μείωση του κοστους μεταφοράς
• Μείωση  του κοστους επένδυσης - αποθήκευσης
• Εύκολη διακίνηση
• Οικονομικότερα στερεά καύσιμα
• Επίτευξη χαμηλότερης τιμής ηλεκτρικού ρεύματος.
• Πλεονεκτηματα συσσωματωσης
• Αντιμετώπιση ανομοιογένειας
• Βελτίωση της ποιότητας
• Καλύτερος έλεγχος του παραγόμενου υπό μορφή συσσωματώματος στερεού βιοκαυσίμου
• Σταθεροποίηση των ιδιοτήτων τους
• Αποφυγή αποικοδόμησης της βιομάζας λόγω της ανάπτυξης μικροβιακής δραστηριοποίησης (εξαιτίας της ξήρανσης και της συμπίεσης)
• Μείωση του όγκου και διευκόλυνση μεταφοράς και αποθήκευσής τους
• Πιθανή μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση και μείωση εκπομπών αερίων / στερεών ρύπων
• στην πυρόλυση και στην αεροποίηση μηδαμινή συνεισφορα τους στην αύξηση των αερίων του θερμοκηπίου, ιδιαίτερα CO2 (Πρωτόκολλο του Κιότο).

Οικονομικά οφέλη

• Εκτίμηση συναλλαγματικού οφέλους (μεχρι το 2015) 20.000.00,00 ευρώ
• Κέρδος μείωσης των εκπομπων CO2 : 35.000.000,00 ευρώ
• Τό κέρδος από την ανάπτυξη της βιομηχανίας παραγωγής βιοκαυσίμων και τη δημιουργία νέων βιώσιμων θέσεων εργασίας: 4.500.000,00 ευρώ.
• Κόστος μη εναρμόνισης Ελλάδας (Πρωτόκολλο Κιότο) : 120.000.000,00 ευρώ σε πρόστιμα ή αγορά δικαιωμάτων εκπομπής αερίων ρύπων.
• Νόμου 3423/2005 : ανάπτυξη βιοκαυσίμων στην Ελλάδα, έχει ήδη δρομολογηθεί η ίδρυση βιομηχανικών μονάδων που θα παράγουν βιοκαύσιμα (περίπτωση παραγηωγής βιοντίζελ - εταιρίες ΕΛΒΥ και ΕΛΙΝΟΪΛ). Αλλά και στην περιοχή δημιουργίας στερεών βιοκαυσίμων αναμένεται να επικεντρωθεί ιδιαίτερο ενδιαφέρον και συνολικά οι επιδοτήσεις : 22.000.000,00 ευρώ.

Οφέλη για την Ελλάδα

• Δημιουργία νέας βιομηχανικής δραστηριότητας παραγωγής συσσωματωμάτων που διαφαίνεται επικερδής και με αισιόδοξες προοπτικές.
• Δημιουργία νέων αγορών βιοκαυσίμων που θα προέρχονται από την χρήση συσσωματωμάτων σε μικρές μονάδες παραγωγής ενέργειας.
• Βελτίωση logistics βιομάζας.
• Απόκτηση τεχνογνωσίας σχετικής σχετικής με τις εφαρμογές διαφόρων τύπων συσσωματωμάτων ως βιοκαύσιμα για την παραγωγή ενέργειας και ενεργών ανθράκων.
• Κοινωνικοοικονομικά οφέλη που θα προέρχονται από τη δημιουργία θέσεων εργασίας, την απασχόληση του αγροτικού πληθυσμού της χώρας και την ενισχυση των αγροτικών εισοδημάτων και την αναζωογόνηση τωναγροτικών περιοχών της χώρας.

Εμπόδια

Εμπόδια τα οποία δεν έχουν επιτρέψει μέχρι σήμερα την ευρεία εισαγωγή της τεχνολογίας συσσωμάτωσης στην Ελλάδα, αλλά είναι εφικτό να ξεπεραστούν με τη συμβολή της συγκεκριμμένης έρευνας είναι:

• Η διαθεσιμότητα των πηγών.
• Η αντιμετώπιση της εποχικής παραγωγής, συλλογής, αποθήκευσης και χειρισμού των τεραστίων αποθεμάτων υπολειμμάτων αγροτικών καλλιεργειών.
• Η ανάπτηξη νέων τεχνολογιών μετατροπής των συσσωματωμάτων σε ενέργεια και υλικά προστιθέμενης αξίας ( μέσω των θερμοχημικών μεθόδων της αεροποίησης και της πυρόλυσης) και της αντιμετώπισης πιθανών προβλημάτων τροφοδοσίας)
• Η διερεύνηση του σοβαρού προβλήματος του ρόλου των ανοργάνων συστατικών (π.χ. τήξη τέφρας).

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

• Τα υπολείμματα γεωργικών καλλιεργειών αποτελούν μια σημαντική ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και από άποψης περιβαλλοντικής προστασίας και αειφόρου ανάπτυξης και φαίνονται κατάλληλα για τη θερμοχημική μετατροπή τους προς αέρι υγρά καύσιμα
• τα υπολείμματα γεωργικής βιομάζας δύνανται να αξιοποιηθούν μέσω της θερμοχημικής οδού με ελκυστικά αποτελέσματα σε ότι αφορά την παραγωγή αερίων και υγρών καυσίμων που θα οδηγηθούν περαιτέρω για παραγωγή ενέργειας.
• Η αεριοποίηση και πυρόλυση τους συμβάλουν ως καθαρές μέθοδοι παραγωγής ενέργειας από αυτά γιατί δεν δημιουργούν τα περιβαλλοντικά εκείνα προβλήματα με τα οποία ως γνωστόν συνδέεται η καύση, όπως αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 στην ατμόσφαιρα, απελευθέρωση αερίων θερμοκηπίου, αύξηση συγκέντρωσης σωματιδίων στην ατμόσφαιρα.
• Οι μέθοδοι πυρόλυσης και αεριοποίησης (σταθερής κλίνης) συγκεκριμένα μπορούν να αποδώσουν αέρια προϊόντα μέσης θερμογόνου δύναμης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας  σε τουρμπίνες και μηχανές εσωτερικής καύσης.
• Η πυρόλυση σε αντιδραστήρα σταθερής κλίνης έδειξε για το  υγρό προϊόν ικανοποιητικά αποτελέσματα, ενώ με τη χρήση καταλύτη διαφοροποιούσε τα αποτελέσματα ανάλογα με το είδος της βιομάζας.
• Το στερεό υπόλειμμα της πυρόλυσης αποδείχθηκε να είναι μια καλή πρώτη ύλη για την παραγωγή ενεργού άνθρακα.
• Από τα μη καταλυτικά πειράματα προκύπτει ότι τη μεγαλύτερη παραγωγή σε υγρά απόβλητα εμφανίζουν τα υπολείμματα καλαμποκιού  , σε αέρια προϊόντα η ρόκα καλαμποκιού και σε στερεά ο ηλίανθος.
• Η επίδραση του καταλύτη διαφέρει σημαντικά ανάλογα με το είδος της βιομάζας. Σημαντική καταλυτική δράση, που μεταφράζεται σε μείωση στην παραγωγή των υγρών προϊόντων, αύξηση στην παραγωγή των αερίων και στερεών και σημαντική αύξηση του υδρογόνου στα παραγόμενα αέρια, εμφανίζεται στην περίπτωση του ηλίανθου και το γεγονός μπορεί πιθανώς να σχετίζεται με το χαμηλό ποσοστό λιγνίτη στον ηλίανθο.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ  ΓΙΑ ΤΟ ΚΑΛΑΜΠΟΚΙ

• Με την αύξηση της θερμοκρασίας πυρόλυσης παρατηρήθηκε μείωση στην παραγωγή των υγρών προϊόντων πυρόλυσης και αύξηση στην παραγωγή των αερίων προϊόντων, ενώ η παραγωγή του υδρογόνου στα παραγόμενα αέρια, εμφανίζει σημαντική αύξηση με μέγιστο περίπου στους 600ο C. Επίσης, η αύξηση της θερμοκρασίας φαίνεται να οδηγεί σε αύξηση των επιθυμητών κλασμάτων, όπως οι υδρογονάνθρακες και οι φαινόλες.
• Επιπλέον, η θερμογόνος δύναμη του αερίου προϊόντος της πυρόλυσης και κυρίως των υπολειμμάτων καλαμποκιού κατατάσσεται στη μεσαία κατηγορία αερίων καυσίμων τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας σε μηχανές, τουρμπίνες και λέβητες για παράγωγη ενέργειας.
• Το εξανθράκωμα από την πυρόλυση κυρίως της ρόκας καλαμποκιού, και λιγότερα των υπολειμμάτων προτείνεται για περαιτέρω μελέτη στην παραγωγή ενεργού άνθρακα, καθώς οι αποδόσεις σε στερεό υπόλειμμα ήταν υψηλές αλλά και περιείχαν υψηλό ποσοστό υπολειμματικού άνθρακα.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΟ ΕΛΑΙΟΠΥΡΗΝΟΞΥΛΟ

• Με την αύξηση της θερμοκρασίας αεροποίησης παρατηρήθηκε μείωση στην παραγωγή των υγρών προϊοντων αεροποίησης (πίσσας) και αύξηση στην παραγωγή των αερίων προϊόντων, ενώ η παραγωγή του υδρογόνου και μονοξειδίου στα παραγόμενα αέρια, εμφανίζει σημαντική αυξηση με μέγιστο περίπου στους 950οC.
• Η ποιότητα του βιοαερίου που προκύπτει από τα δύο υπολείμματα προς μελέτη όσον αφορά την κατωτέρω θερμογόνα δύναμη του μπορεί να χαρακτηρισθεί ως μέση (medium heating value gas) που τα καθιστά αξιοποιήσιμα προς παραγωγή ενέργειας σε μηχανές εσωτερικής καύσης και τουρμπίνες αερίου. Τα κλασέματα ελιάς παράγουν αέριο αεριοποίησης με υψηλοτερο θερμικό περιεχόμενο.
• Από την ενεργοποίηση του εξανθρακώματος του ελαιπυρηνόξυλου, η καλύτερη ειδική επιφάνεια προήλθε κάνοντας την καταληλότερη επιλογή χρόνου ενεργοποίησης και του μεγέθους του μορίου. Με το ΚΟΗ διαπιστώθηκε ότι μπορεί να εξαχθεί μια πολύ καλή επιφάνεια ΒΕΤ στους 900οC και σε 4 h.
• Η μεγιστοποίηση της θερμογόνου δύναμης των βιοαερίων που προκύπτουν από την αεροποίηση του ελαιοπηρυνόξυλου και κλαδεμάτων ελιάς πραγματοποιείται σε υψηλές θερμοκρασίες και χαμηλούς παράγοντες αέρα.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΙΣ ΚΥΨΕΛΕΣ ΚΑΥΣΙΜΟΥ

• Τα αέρια βιοκαύσιμα που προκύπτουν από την θερμική μετατροπή της θερμομάζας (είτε απευθείας μέσω της αεριοποίησης, είτε μέσω της αναμόρφωσης των υγρών προϊοντων της πυρόλυσης) περιέχουν σε κάθε περίπτωση σημαντικές ποσότητες μονοξειδίου του άνθρακα. Για το λόγο αυτό η δυνατότητα ηλεκτρο-οξείδωσης του σε κυψέλες καύσιμου τύπου SOFC αποτελεί ίσως την πλέον σημαντική παράμετρο, όσον αφορα την επιτυχή σύζευξη τους με τις διεργασίες θερμοχημικής μετατροπής βιομάζας.
• Η σύζευξη των κυψελών καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη (SOFC) με την αεριοποίηση βιομάζας αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση για την παραγωγή "πράσινης" ενέργειας με ιδιαίτερα υψηλές αποδόσεις. 

ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΕ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΚΟΛΥΜΒΗΤΗΡΙΟΥ

Διαστασεις πισίνας 15χ25χ3.8

Ποσότητα πυρηνόξυλου : 140.000 κιλα/ετος

Ισχύς 580 KW (αρκούν 250 KW)

Κόστος Λέβητα : 39.000 ευρώ

Ετήσιο κόστος πυρηνόξυλου : 12.600 ευρώ

Συνολική επένδυση : 239.000 ευρώ

PELLETS

Πρώτη ύλη χωρίς προσθήκη χημικών

Υπολείμματα αγροτικών καλλιεργειών (κλαδέματα, στελέχη, φλοιοί κα)

Δασικά υπολείμματα – κουκούτσια καρπών (ελιές, σταφύλια, ροδάκινα κα)

ΔΙΑΦΟΡΑ ΜΕΓΕΘΗ

Πρωτη ύλη                                                          Kcal/Kg - Θερμογόνος Δύναμη

Πυρηνόξυλο                                                              4400

Ξηρή ελαιοπυρήνα                                                    3800

Κουκούτσι ροδακινίων                                              4500

Κουκούτσια σταφυλιών                                             4150

Κλαδέματα ελαιοδέντρων                                          4000

ΚΛΑΔΕΜΑΤΑ ΕΛΑΙΟΔΕΝΤΡΩΝ

 20 kg κλαδεματος/ δέντρο X 20 δέντρα/στρεμμα  = 400 kg κλαδέματα / στρεμμα

4000 Kcal/Kg X 400 Kg = 156,8 kg πετρελαίου = 180 lit πετρελαίου

Συσσωματώματα = pellets

Διαδικασία πελλετοποίησης στα εξής στάδια :

Θρυμματισμός κλαδεμάτων σε τεμαχίδια

Αλεση των τεμαχιδίων

Ξηρανση

Πελλετοποίηση

Ψύξη

Συσκευασία

ΔΕΝΤΡΟ   ------    ΚΛΑΔΕΜΑΤΑ   ---------   PELLETS

20 Kg                        0,300 Kg / Kg κλαδέματα

Τιμη πώλησης τεμαχισμένων κλαδεμάτων ελιάς.

              0,02 – 0,04 ευρώ / κιλό

1 ton pellets = 1000 Kg pellets = 1000/0.3 kg κλαδέματος = 3.333 kg κλαδέματος

3.333 Kg X 0,03 euro/Kg = 100 ευρώ η αξια πρώτης ύλης σε κλαδέματα για παραγωγή 1 ton pellets

1 τονος pellets = 0,43 ΤΙΠ Τόνος Ισοδύναμου Πετρελαίου

  

ΣΧΕΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ – PELLETS

65 τόνοι πετρελαίου = 2720,9 KG = 150 τόνοι pellets

  

ΤΙΜΗ ΠΩΛΗΣΗΣ PELLETS  280 ευρώ / τον.

Ενας τόνος πετρελαίου έχει  θερμαντική ικανότητα  ίση με 2,3 τόνους pellets

ΚΟΣΤΗ :            1350 euro/ton πετρελαίου   -  2,3 X 280 euro = 644 euro

                  ΚΕΡΔΟΣ  706 euro

Κόστος  αλλαγής σε λέβητα  καύσης pellets =  5500 ευρώ