زیست توده یا بایومس (Biomass)
هر ارگانیسم زنده ای که انرژی خورشید را جذب کرده و به صورت کلروفیل در خود نگه دارد، بایومس یا زیست توده نام دارد. منابع بایومس به طور کلی به موادی که منشا آنها از موجودات زنده و گیاهان هستند، اطلاق می شود [1]. گازسازی بایومس یکی از مهم ترین فرآیندهای انجام گرفته بر روی بایومس به شمار می رود.
منابع بایومس به صورت پراکنده در سراسر جهان یافت می شوند و هزینه جمع آوری این منابع در حجم های زیاد به دلیل پراکنده بودن و پایین بودن چگالی، نیاز به انرژی قابل ملاحظه ای دارد. بایومس یک منبع تجدیدپذیر است که ارزش بهای آن بسیار کم و در برخی موارد منفی است [1].
بایومس چوب
باتوجه به محدودبودن منابع انرژی و مشکلات زیست محیطی ناشی ازسوختهای فسیلی، استفاده ازمنابع انرژی زیستی وتجدیدپذیردردنیاتوسعه پیدانموده است.
بایومس چوب به عنوان یک منبع تجدیدپذیر و دردسترس، بخش مهمی از منابع بیومس را به خود اختصاص می دهد. بایومس چوب می تواند به منظور تولید سوخت های زیستی اتانول، متانول، زغال چوب و گاز مورد استفاده قرار گیرد [2].
استفاده ازمنابع زیست توده درمناطق دورافتاده روستایی برای تولیدانرژی الکتریکی باعث صرفه جویی درصنعت برق، سوختهای فسیلی وهمچنین کاهش میزان آلاینده های اتمسفر می شود [1].
کاربردهای بایومس
زیست‌توده‌ها که عمدتاً از کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل می‌شوند، کاربردهای فراوانی در صنایع دارند [3]. در حال حاضر 10 درصد از مواد شیمیایی و خام تولید شده در صنایع از زیست‌توده‌ها به‌دست می‌آید.
محصولات بسیار زیادی را می‌توان از زیست‌توده تولید کرد. علاوه بر تولید انواع مقوا، کالاهای مصرفی، رنگ‌دانه‌های خوراکی، اسید‌های چرب، داروها و مکمل غذایی، می‌توان از زیست‌توده برای تولید انرژی استفاده کرد [4].
تولید انرژی از بایومس و روش های آن
یکی از اساسی‌ترین استفاده‌های زیست‌توده، تولید انرژی در قالب سوخت زیستی است. با زیست‌توده می‌توان برق یا حرارت تولید کرد. بر خلاف سوختهای فسیلی، منابع زیست‌توده به راحتی و سریع جایگزین می‌شوند. همچنین با تولید سوخت از این منابع، کربن‌دی‌اکسید کم‌تری وارد اتمسفر می‌شود [3]. از زیست‌توده‌های مختلفی برای تولید انرژی می‌توان استفاده کرد. برخی زیست‌توده‌ها، مثل دانه‌های تولید انرژی قادرند پنج تا شش برابر انرژی که برای تولید آنها مصرف می‌شود، انرژی تولید کنند [4]. میسکانتوس، ذرت خوشه‌ای، چمن ترکه، جاتروفا، کتان‌کَش، کاریناتا و برخی گونه‌های دیگر در این دسته قرار دارند [5]. البته تولید سوخت زیستی از منابع زیست‌توده میکروبی کم‌تر بررسی شده است [6].
زیست‌توده به روش‌های مختلفی به انرژی و دیگر محصولات تبدیل می‌شود؛ روش‌های تبدیل به انرژی شامل سوختن مستقیم، تبدیل شدن به گاز، سیکل‌های ترکیب حرارت و برق، هضم هوازی و بی‌هوازی است. روش‌های پیشرفته می‌تواند زیست‌توده را مستقیم به نفت، دیزل و سوخت‌جت تبدیل کند [3].
گازسازی بایومس
هیدروژن یکی از پاک ترین سوخت های موجود در جهان است که یکی از روش های تولید آن استفاده از فرآیند گازسازی بایومس است. در این فرآیند بایومس پس از رطوبت زدایی، دچار تجزیه (Pyrolysis) شده و به گازهای سبکی مانند متان، کربن و مونواکسید، کربن دی اکسید، آب، نیتروژن و ازهمه مهمتر هیدروژن تبدیل می شود. البته در فرآیند گازسازی بایومس هنگام تجزیه آن محصولاتی مانند تار (Tar) و کربن واکنش نداده (Char) نیز تولید می شوند.
سپس تار تحت شکست حرارتی قرار گرفته و به گازهای سبک تبدیل شده و سپس در حضور هوا مورد احتراق قرار می گیرد. درنهایت گازهای حاصل همراه با کربن واکنش نداده در حضور هوا و بخار آب وارد راکتور گازساز می شوند. در این راکتور واکنش های بسیاری تحت عنوان واکنش های گازسازی بایومس رخ می دهد که موجب تبدیل مواد جامد باقیمانده به گاز می شود.
منابع:
1. http://www.calbiomass.org/renewable-energy/
2. صدقی، مهرداد، “بایومس چوب بعنوان منبعی تجدیدپذیر برای تولید اتانول وسایرسوختهای زیستی”، دومین همایش بیوانرژی ایران (بیومس و بیوگاز)، تهران، هم اندیشان انرژی کیمیا، 1390.
3. http://biofuelsassociation.com.au/biofuels/biomass/
4. http://www.alternative-energy-tutorials.com/biomass/biomass-resources.html
5. http://www.biofuelsdigest.com/bdigest/2013/08/08/7-hot-energy-crops-for-advanced-biofuels-whats-happening/7/
6. Popa, V.I. and I. Volf, Biomass as renewable raw material to obtain bioproducts of high-tech value. 2018: Elsevier.
این مطلب را به اشتراک بگذارید:
با توجه به معضلات موجود مانند کمبود اطلاعات در قسمت های پیرولیز، شکست حرارتی تار و نیز در راکتور گازسازی بایومس و دشوار بودن برقراری موازنه جرم حول سیستم مذکور، تیم فنی پدکو این پروژه را به کمک نرم افزارهای Aspen Plus و Matlab انجام داده است.
بخش شبیه سازی در نرم افزار Aspen Plus و بخش حل معادلات مربوط به محاسبات کسر جرمی و بازده محصولات در نرم افزار Matlab انجام پذیرفته است.
همچنین در این پروژه برای محاسبات مربوط به موازنه جرم نیز از Microsoft Excel استفاده شده است.