Centrală cu biomasă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Centrală electrică cu biomasă mică (1000 kW) în satul Spillern , Austria Inferioară

O centrală cu biomasă este un tip de centrală electrică care folosește energie regenerabilă care poate fi obținută din biomasă prin extragerea acesteia prin diferite tehnici: energia poate fi obținută atât prin arderea directă a biomasei, prin proceduri speciale menite să îmbunătățească eficiența, cât și prin piroliză. . , atât prin extracția gazului de sinteză prin gazeificare .

Termenul de biomasă definește orice materie organică (adică derivată din procesul de fotosinteză a clorofilei ), cu excepția combustibililor fosili și a materialelor plastice de origine petrochimică [1] . Această definiție grupează o varietate extrem de eterogenă de materiale [1] : poate fi, de exemplu, deșeuri industriale, reziduuri de prelucrare agricolă și forestieră, lemn de foc, deșeuri din industria agroalimentară, bălegar și ape uzate de la ferme , uleiuri vegetale , deșeuri urbane , dar de asemenea, specii de plante cultivate în acest scop, cum ar fi plopul , miscantul sau alte esențe și specii cu creștere rapidă și cultivare ușoară, potrivite pentru acest scop.

Istorie

Uzină de peleți de 300 kW în Austria Inferioară .

Din punct de vedere istoric, înainte de utilizarea energiilor fosile în cantități semnificative, biomasa, sub formă de lemne de foc , a furnizat omenirii o mare parte din energia necesară existenței sale. Numai când umanitatea a descoperit comoditatea utilizării cărbunelui și a altor surse fosile, acestea ar putea aduce o contribuție fundamentală la evoluția și dezvoltarea umană , retrogradând energia biomasei pe un rol mai marginal. Această situație a însemnat că, în primul deceniu al secolului 21 , combustibilii fosili au sarcina de a asigura o cotă de aproximativ 85% din toată energia utilizată pe planeta Pământ .

Interesul pentru energia din biomasă a fost trezit de problemele dedurabilitate economică și demediu legate de cantitatea de depozite de combustibili fosili disponibile (cum ar fi petrolul , alte hidrocarburi și zăcăminte de cărbune ) și de problemele instabilității geopolitice care decurg din distribuția lor inegală pe planetă.

Linii de difuzie și tendință

Prin urmare, cerințele legate desustenabilitatea ecologică a necesităților energetice naționale sunt cele care asigură că producția de energie electrică din centralele cu biomasă este în creștere în multe situații economice: în Italia (date disponibile în 2006) se ridică la aproximativ 2500 megawatt[2] (acestea au fost 1200 MW de energie electrică în 2002, conform datelor AIEA[3] , în timp ce o estimare anterioară a aceluiași organism internațional, referitoare la 1995 , estimase aportul de energie într-un miliard de tone de petrol echivalent [4] ), produs în principal din arderea lemnului, a deșeurilor și a biogazului[2] . În alte țări, precum Germania , Austria , Danemarca , Spania , exploatarea centralelor cu biomasă este mult mai intensă, datorită și legislației mai favorabile pentru această formă de producție.

Întârzierea Italiei față de situația din alte țări europene se datorează și faptului că instalarea centralelor cu biomasă trebuie să se confrunte cu o atitudine specifică a opiniei publice , care, spre deosebire de ceea ce se întâmplă în alte regiuni ale Europei, manifestă o ostilitate crescută și răspândită față de utilizarea surselor de energie regenerabile, cu proliferarea comitetelor civice care sunt mobilizate în opoziție cu fiecare instalație de centrale eoliene, solare și cu biomasă[5] . Este dificil pentru administrațiile locale cărora le-a fost încredințată alegerea să dezvolte o evaluare în care avantajele-beneficii și dezavantaje-costuri transcend dimensiunea locală și afectează „comunitatea în ansamblu”[5] .

Datele publicate în 2005 de Agenția Internațională pentru Energie , referitoare la situația consumului mondial în 2002 , dau de exemplu o producție mai mult decât triplă, comparativ cu cea italiană în aceeași perioadă (1200 MW), în țări precum Germania (3800 MW), Spania (3900 MW), Regatul Unit (3900 MW)[3] . Conform datelor din 2002, producția daneză este, de asemenea, foarte mare: valoarea sa nominală, 1200 MW[3] , deși comparabilă cu cea italiană în valoare absolută, trebuie proporționată pe baza unei populații de aproape douăsprezece ori mai mici.

Beneficii

Centrală electrică de 2 MW, alimentată cu așchii de lemn, în Lübeck
Teanc de așchii de lemn într-o centrală electrică a EVN ( Energieversorgung Niederösterreich ), în Austria Inferioară .

Utilizarea centralelor cu biomasă are mai multe avantaje, atât în ​​ceea ce privește sursele fosile, cât și în ceea ce privește utilizarea altor tipuri de surse regenerabile. Beneficiile se referă la emisiile de CO2 și la aspectele economice.

Concentrațiile de carbon în atmosferă

În ceea ce privește implicațiile asupra mediului , cea produsă de biomasă este o energie regenerabilă . Unul dintre avantajele acestei metode de producere a energiei electrice este că se bazează pe utilizarea deșeurilor agricole, industriale și urbane, mai degrabă decât pe utilizarea derivaților petrolieri. Utilizarea energetică a biomasei are un efect pozitiv asupra mediului, deoarece carbonul conținut în biomasă face parte din ciclul natural al carbonului și nu crește, pe termen lung, concentrația de dioxid de carbon în atmosferă[6] , spre deosebire de consumul de combustibili fosili și derivați, cum ar fi păcura , cărbunele sau gazele naturale , utilizate în mod normal în centralele termoelectrice . Din acest motiv, energia din biomasă rezolvă „... într-un mod strălucit problema creșterii CO2 în atmosferă” [7] , cu efecte pozitive asupra conținutului porțiunii de încălzire globală datorită efectului de seră atribuit serii gaze eliberate.din utilizarea combustibililor fosili [7] .

Avantajele față de alte energii regenerabile

Energia din biomasă a rezolvat două dintre problemele fundamentale care afectează alte forme de energie regenerabilă [7] , cum ar fi energia solară și eoliană : dificultatea stocării și discontinuitatea aprovizionării [7] :

  • Stocarea energiei: rezultatul poate fi obținut cu ușurință prin simpla stocare a combustibilului, într-un mod similar cu ceea ce se întâmplă cu combustibilii fosili [7] .
  • Continuitatea aprovizionării: energia din biomasă poate fi ajustată după bunul plac și poate fi întreruptă oricând[2] , la fel ca energia din surse fosile [7] .
  • Simplitatea tehnologică și reducerea costurilor: în comparație cu alte centrale cu energie regenerabilă ( centrale hidroelectrice , solare termice , fotovoltaice , eoliene , geotermale ), centralele cu biomasă necesită tehnologii neofisticate și mai ușor de găsit, accesibile chiar și țărilor cu dezvoltare scăzută tehnologice [4] . Mai mult, și tot din acest motiv, instalarea instalațiilor de acest tip necesită investiții de dimensiuni destul de mici în comparație cu alte surse regenerabile menționate [4] .
  • Rezolvarea problemei deșeurilor. Arderea biomasei ca sursă de energie reduce, de asemenea, considerabil problema destinației deșeurilor, din care este compusă și biomasa destinată arderii, evitând depozitele de deșeuri neplăcute și dăunătoare sau arderea acestora de dragul propriu: în esență, deșeurile sunt arse, dar cel puțin așa contribuie la furnizarea de energie electrică.

Eficiență și emisii

Central într-un cadru urban, pe Western Avenue din Seattle

Generarea de energie din biomasă poate atinge un randament foarte ridicat, cu valori care depind de tehnologia de ardere utilizată: ajunge la 90% cu așa-numita „ tehnică a patului fluid ”, dezvoltată inițial ( anii șaizeci ai secolului al XX-lea ), pentru o combustie mai eficientă a cărbunelui și adaptată pentru biomasă [8] .

Eficiența poate fi îmbunătățită în continuare prin exploatarea uneia dintre calitățile centralelor cu biomasă: continuitatea aprovizionării cu energie. De fapt, acest lucru favorizează un alt avantaj, posibilitatea utilizării centralelor pentru cogenerarea energiei termice care urmează să fie utilizată pentru încălzirea centralizată a mediilor casnice[2] (este exploatarea căldurii generate în timpul procesului, care altfel s-ar pierde : această posibilitate este exploatată de exemplu în 60% din instalațiile instalate în Italia, conform datelor disponibile începând cu 2006[2] ). Cu toate acestea, acest avantaj (cogenerarea de energie și căldură pentru încălzirea casnică) se aplică și centralelor electrice care funcționează cu combustibili fosili.

Ca orice proces de ardere, ceea ce are loc în instalațiile de biomasă introduce factori de poluare în aer: monoxid de carbon , NOx , compuși organici volatili ( COV ), particule și alți poluanți. Cu toate acestea, aceste efecte sunt mult reduse (între 85 și 90% [8] ) de tehnologiile de înaltă eficiență utilizate în ardere, adecvate pentru prevenirea și reducerea substanțială a emisiilor nedorite, datorită mai ales unui exces scăzut de aer (între 15 și 20% ) și la o temperatură de ardere de aproximativ 850 ° C [8] .

Arderea lemnului produce cantități semnificative de specii toxice, inclusiv hidrocarburi aromatice policiclice [9] , în cantități semnificativ mai mari decât arderea gazelor naturale.

Numai în cazul instalațiilor care nu sunt echipate cu tehnologii adecvate, emisiile de poluanți în atmosferă ar putea fi la niveluri mai mari decât producția de energie electrică cu utilizarea cărbunelui sau a petrolului.

Furnizarea de biomasă

Centrala Schwendi , din Baden-Württemberg , proiectată de Matteo Thun .
Centrală cu biomasă din provincia Rovigo .

Unul dintre avantajele centralelor electrice cu biomasă este posibilitatea de a apela la materii prime și resurse de deșeuri disponibile în mod obișnuit în fiecare teritoriu la nivel global, fără a fi nevoie să se bazeze pe culturi specializate și, prin urmare, fără a scădea extensii utile agriculturii de bază, putând lua avantaj în locul utilizării terenurilor necultivate sau a suprafețelor agricole cu valoare productivă redusă.

De exemplu, un studiu din 1997 a estimat, pentru sistemul industrial italian , un potențial de producție a biomasei reziduale la aproximativ 65 de milioane de tone pe an [10] . Tipurile de biomasă luate în considerare în estimarea acestui volum de producție sunt de natură să nu scadă pământul din agricultură: biomasa din păduri (cu excepția lemnului de foc ), biomasa din reziduurile agricole (cum ar fi paiul ) și deșeurile agroindustriale, reziduurile copacilor ( tăierea ) , culturi scoase deoparte și teren marginal [10] . La aceste cantități trebuie adăugat volumul anual de deșeuri animale , estimat la aproximativ 130 de milioane de tone [10] . Impactul ecologic al aprovizionării cu combustibil destinat unei centrale cu biomasă trebuie evaluat în raport cu lungimea lanțului de aprovizionare și cu disponibilitatea materiei prime la fața locului [11] .

De asemenea, este posibil să se utilizeze plantații speciale, gestionate în conformitate cu criterii forestiere responsabile șidurabile , cu cultivarea copacilor cu creștere rapidă și a politicilor forestiere cu rotație scurtă [12] .

Datorită distribuției surselor pe tot globul și faptului că face parte din „tradițiile și culturile locale” [4] , descoperirea biomasei nu este supusă uriașelor probleme geopolitice care afectează, în schimb, aprovizionarea cu combustibili fosili. ., cauzată de distribuția inegală a resurselor fosile pe scoarța terestră . În plus, achizițiile locale fără import , nu se reflectă negativ asupra balanței balanței de plăți și nu creează acele noduri teribile legate de dependența energetică din străinătate, situația problematică pentru suveranitate și securitatea națională .

Un alt impact pozitiv se referă la ratele de ocupare , deoarece distribuția mai echitabilă a surselor oferă posibilitatea angajării forței de muncă locale [4] (dacă producția de biomasă are loc la fața locului ).

Securitatea rețelei electrice

La fel ca alte centrale mici împrăștiate în diferite puncte ale teritoriului ( eolian , micro eolian , solar , hidro și microhidro , mareomotric ), producția de energie prin centrale electrice cu biomasă, de obicei de dimensiuni foarte mici în comparație cu centralele industriale tradiționale, contribuie la crearea treptată a unei arhitecturi infrastructurale pentru generarea distribuită de energie electrică bazată pe așa-numitele rețele inteligente [13] („rețea inteligentă”). Tranziția progresivă către o astfel de arhitectură a rețelei este urmărită de orientările politicii energetice a Uniunii Europene , descrise (în cadrul inițiativei „Programele-cadru pentru cercetare și dezvoltare tehnologică” ) în Platforma tehnologică europeană Smart Grid [14] , care prevede abandonarea paradigmei tradiționale a „controlului centralizat și a fluxului unidirecțional”, ca funcție a implementării și dezvoltării unei rețele infrastructurale inteligente traversate de fluxuri omnidirecționale de energie prin nodurile unei rețele care integrează, în cadrul acesteia, producția, fluxurile de energie, sistemul informațional și sistemul de control , pentru a optimiza gestionarea și controlul, pentru a obține o securitate mai mare și pentru a evita problemele critice și întreruperile [13] ale căror costuri foarte grele au un impact foarte mare asupra întregului sistem economic [15] (o estimare, conform la datele disponibile în 2007 , moneda în 70 miliarde până la 120 miliarde de dolari , costul anual p numai economia SUA [15] ).

Dezavantaje

În comparație cu combustibilii fosili, combustibilii din biomasă au o putere calorică specifică scăzută ( densitate scăzută a energiei ) [16] . De exemplu, cu referire la substanța uscată , puterea calorică specifică este de aproximativ 4500 kcal / kg pentru bagas , 4200 pentru plop și salcie , aproximativ 4100 pentru paie și deșeuri din lemn și doar 2500 pentru deșeurile solide municipale [1] . Aceste date trebuie comparate cu puterea calorică mai mult decât dublă pe care combustibilii fosili sunt capabili să o exprime: 10.000 kcal / kg pentru petrol și 12.000 pentru gaze naturale [16] .

Mai mult, biomasele se caracterizează printr-un conținut ridicat de umiditate reziduală (de la 30 la 50% din greutate), ceea ce implică necesitatea tratamentelor preliminare de uscare și densificare înainte de începerea proceselor de ardere , piroliză sau gazificare [16] .

Această diferență mare în cantitatea de calorii care poate fi generată pe unitate de greutate (și volum), în comparație cu combustibilii fosili tradiționali, se reflectă negativ dacă se fac comparații pentru aceleași calorii produse pentru utilizarea finală:

  • ocuparea spațiului de depozitare în toate fazele: spațiul necesar pentru stocarea combustibilului din biomasă este mult mai mare decât cel necesar combustibililor tradiționali (pentru aceștia chiar inexistent dacă ne referim la gazul natural, furnizat de conductele de metan );
  • costurile de transport sunt decisiv mai mari datorită volumului mai mare necesar mijloacelor de transport (vehicule industriale)
  • poluarea produsă prin arderea motorinei este mult mai mare pentru transportul de biomasă decât pentru cea a combustibililor fosili;
  • colectarea combustibilului implică o serie de faze care necesită cheltuirea energiei irecuperabile, în special pentru producerea de așchii de lemn din pădure: tăierea pe / a instalației, transportul butașilor, transformarea butașilor sau în orice cazul subproduselor din lemn, în bucăți de dimensiuni adecvate pentru ardere (realizate de mașini care consumă energie); Mai mult, trebuie luate în considerare aspectele poluării datorate transportului pieselor în diferitele faze intermediare ale ciclului centralelor de dimensiuni ale combustibilului, înainte de transportul final la centrala termică de utilizare finală (acest aspect variază în funcție de diferite tipuri de biomasă utilizate). Acest dezavantaj, pentru țările fără sau aproape fără resurse fosile, se referă în mod natural la comparația cu combustibilii fosili pe măsură ce ajung la punctele de colectare (porturi, conducte de petrol / gaze ). Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că, chiar și pentru combustibilii fosili, există o risipă de energie irecuperabilă similară datorită extragerii în locurile de producție și transportului către locurile de consum.

La scară largă, utilizarea terenurilor agricole pentru culturile extinse dedicate producției de biomasă poate avea ca efect scăderea terenurilor din agricultură și, prin urmare, din producția de valoare alimentară. În același timp, orice utilizare masivă a biomasei (de exemplu, copacii) ar reduce capacitatea pădurilor de a captura și sechestra CO2 ( dioxid de carbon ). Această din urmă problemă, totuși, poate fi rezolvată prin politici forestiere și forestiere adecvate, bazându-se pe plantații de arbori cu creștere rapidă (cum ar fi plopul ) gestionate prin silvicultură cu rotație scurtă [12] sau prin politici prudente de gestionare durabilă a pădurilor.

Notă

  1. ^ a b c Andrea Bartolazzi (editat de), Energiile regenerabile , 2006, p. 169
  2. ^ a b c d și Andrea Bartolazzi (editat de), Energiile regenerabile , 2006, p. 20
  3. ^ a b c Andrea Bartolazzi (editat de), Energiile regenerabile , 2006, p. 16
  4. ^ a b c d e Vittorio D'Ermo și Franco Velonà, «Energie» Arhivat 3 noiembrie 2013 în Arhiva Internet ., Enciclopedia italiană (Anexa VI, 2000), Institutul enciclopediei italiene Treccani
  5. ^ a b Matelda Reho (editat de), Agroenergia. Actori locali, strategii și contexte , 2009, p. 203
  6. ^ Andrea Bartolazzi (editat de), Energiile regenerabile , 2006, p. 21
  7. ^ a b c d e f Andrea Bartolazzi (editat de), Energiile regenerabile , 2006, p. 172
  8. ^ a b c Andrea Bartolazzi (editat de), Energiile regenerabile , 2006, p. 185
  9. ^ Poluarea urbană cauzată de arderea lemnului | Consiliul Național de Cercetare , pe www.cnr.it. Adus la 24 august 2019 (depus de „Adresa URL originală la 24 august 2019).
  10. ^ a b c C. Di Blasi, V. Tanzi și M. Lanzetta, A Study on the Production of Agricultural Residues in Italy , in Biomass and Bioenergy , vol. 12, nr. 5, pp. 321-331, 1997.
  11. ^ Giuliano Dall'Ò, Annalisa Galante, Viață durabilă. O revoluție în modul nostru de viață , il Mulino , 2010 (p. 85)
  12. ^ a b Andrea Bartolazzi (editat de), Energiile regenerabile , 2006, p. 171
  13. ^ a b Giovanni Spataro, O rețea inteligentă la serviciul Europei , Științele , n. 467, iulie 2007, p. 46.
  14. ^ Platforma tehnologică europeană Smart Grids | www.smartgrids.eu , în smartgrids.eu , 2011 [ultima versiune].
  15. ^ a b Massoud Amin și Phillip F. Schewe, Preventing blackouts , Le Scienze , n. 467, iulie 2007, p. 49.
  16. ^ a b c Andrea Bartolazzi (editat de), Energiile regenerabile , 2006, p. 170

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Centrale_a_biomasse&oldid=120943371 ”