Fahami bagaimana mungkin untuk mengubah sisa organik menjadi tenaga elektrik, yang dipanggil biojisim
Biomas adalah semua bahan organik yang berasal dari tumbuhan atau haiwan yang digunakan untuk tujuan menghasilkan tenaga, seperti arang, kayu bakar, tebu, antara lain. Oleh kerana ia adalah sumber tenaga yang tersebar dan berkecekapan rendah, yang secara tradisional digunakan di negara-negara terbelakang, ada kekurangan data tertentu mengenai keterwakilan sumber tenaga ini untuk matriks tenaga dunia. Namun, menurut laporan ANEEL, sekitar 14% tenaga yang digunakan di dunia berasal dari sumber ini dan, menurut kajian lain oleh Jornal Brasileiro de Pneumologia, 90% isi rumah di kawasan luar bandar di negara-negara miskin menggunakan tenaga daripada membakar biomas ( kayu, arang, kotoran haiwan atau sisa pertanian), terutamanya di Afrika Sub-Sahara dan Asia.
Penggunaan biojisim dalam loji termoelektrik menjadi semakin umum dan digunakan untuk menjangkau kawasan yang tidak diliputi oleh rangkaian bekalan elektrik, seperti masyarakat luar bandar yang terpencil. Penggunaan sistem kogenerasi, yang menggabungkan penjanaan tenaga elektrik melalui biomas dengan pengeluaran haba, meningkatkan kecekapan tenaga sistem pengeluaran, juga menjadi semakin umum.
Apa itu kogenerasi?
Biojisim, seperti arang batu atau kayu bakar, inilah yang menggerakkan sebahagian besar generator termoelektrik. Terlepas dari jenis bahan bakar dan mesin, generator ini kehilangan sebahagian besar tenaga yang terkandung dalam bahan bakar dalam bentuk panas. Rata-rata, tenaga biomas yang hilang ke persekitaran dalam bentuk haba mewakili 60% hingga 70% daripada jumlah tenaga bahan bakar. Oleh itu, kecekapan penjana adalah sekitar 30% hingga 40%.
Oleh kerana banyak bangunan dan industri memerlukan pemanasan (untuk persekitaran dalaman atau untuk pemanasan air), sistem kogenerasi dikembangkan, di mana haba yang dihasilkan dalam penjanaan elektrik dimasukkan ke dalam proses pengeluaran dalam bentuk wap. Kelebihan utama sistem ini adalah penjimatan bahan bakar untuk proses pemanasan. Oleh itu, kecekapan tenaga sistem meningkat, mencapai hingga 85% tenaga biojisim bahan bakar.
Biomas di Brazil
Pada masa ini, sumber dengan potensi terbesar untuk digunakan sebagai biomas untuk penjanaan elektrik di negara ini adalah tebu tebu. Sektor gula dan alkohol menghasilkan sejumlah besar sisa, yang dapat digunakan sebagai biomassa, terutama dalam sistem penghasil. Varieti sayur-sayuran lain yang berpotensi besar untuk menghasilkan elektrik adalah minyak kelapa sawit, yang mempunyai purata produktiviti tahunan per hektar empat kali lebih tinggi daripada tebu, buriti, babassu dan andiroba. Mereka muncul sebagai alternatif untuk bekalan elektrik di komuniti terpencil, terutama di wilayah Amazon.
Apabila etanol dihasilkan dari tebu, kira-kira 28% tebu diubah menjadi tebu. Bagasse ini adalah biomassa yang biasa digunakan pada tanaman untuk menghasilkan wap bertekanan rendah, yang digunakan dalam turbin tekanan balik dalam peralatan pengekstrakan (63%) dan dalam penjanaan elektrik (37%). Sebahagian besar wap tekanan rendah yang meninggalkan tanaman digunakan untuk proses dan pemanasan jus (24%) dan di alat penyulingan. Rata-rata, setiap peranti memerlukan kira-kira 12 kWh elektrik, nilai yang dapat dibekalkan oleh residu biomas itu sendiri. Sisa pertanian lain yang berpotensi tinggi untuk digunakan sebagai biomas dalam pengeluaran elektrik adalah sekam padi, kacang mete dan sekam kelapa.
Laluan penukaran biomas
Sumber biojisim dapat diklasifikasikan sebagai: sayur-sayuran berkayu (kayu), sayur-sayuran bukan berkayu (sakarida, selulosa, pati dan akuatik), sisa organik (pertanian, perindustrian, bandar) dan biofluida (minyak sayuran). Laluan penukaran biomassa beragam, dan berkat teknologi penukaran ini, kami dapat memperoleh beberapa jenis biofuel seperti etanol, metanol, biodiesel dan biogas. Proses penukaran biomas utama adalah:
Pembakaran langsung
Bahan-bahan seperti kayu dan semua jenis sisa organik (pertanian, perindustrian dan bandar) boleh mengalami pembakaran untuk menghasilkan tenaga. Proses pembakaran terdiri daripada mengubah tenaga kimia dalam sumber biomas menjadi haba. Untuk tujuan tenaga, pembakaran langsung biomas dilakukan di dalam ketuhar dan dapur. Walaupun praktikalnya, proses pembakaran langsung cenderung tidak cekap. Di samping itu, bahan bakar yang dapat digunakan dalam proses umumnya memiliki kelembapan tinggi (20% atau lebih dalam kasus kayu bakar) dan kepadatan tenaga yang rendah, menyukarkan penyimpanan dan pengangkutan.
Gasifikasi
Ini adalah teknologi yang digunakan untuk sampah organik bandar dan industri dan kayu. Gasifikasi terdiri daripada menukar sumber biomassa pepejal menjadi gas melalui tindak balas termokimia, yang melibatkan wap panas dan udara atau oksigen dalam jumlah yang kurang daripada minimum untuk pembakaran. Komposisi gas yang dihasilkan adalah campuran karbon monoksida, hidrogen, metana, karbon dioksida dan nitrogen, sehingga perkadaran ini berbeza mengikut keadaan proses, terutama berkaitan dengan udara atau oksigen yang digunakan dalam pengoksidaan . Bahan bakar yang dihasilkan dari pembakaran biojisim ini lebih serbaguna (ia dapat digunakan dalam mesin pembakaran dalaman dan juga dalam turbin gas) dan bersih (sebatian seperti belerang dapat dikeluarkan semasa proses) daripada versi bahan bakar pepejal. Selain itu,adalah mungkin untuk menghasilkan gas sintetik dari gasifikasi, yang dapat digunakan dalam sintesis hidrokarbon apa pun.
Pirolisis
Pirolisis, juga dikenali sebagai karbonisasi, adalah proses tertua untuk menukar sumber biomas (biasanya kayu) menjadi bahan bakar lain (arang) dengan ketumpatan tenaga dua kali lebih tinggi daripada bahan sumber. Sisa organik yang berasal dari pertanian juga sering mengalami pirolisis - dalam kes ini, sisa itu mesti dipadatkan sebelumnya. Kaedah ini terdiri daripada pemanasan bahan di persekitaran di mana terdapat "hampir tidak ada" udara. Pirolisis juga menghasilkan bahan bakar gas, tar dan kayu pyro, bahan yang banyak digunakan di sektor perindustrian. Hasil prosesnya sangat berbeza dari keadaan bahan asli (kuantiti dan kelembapan). Untuk pengeluaran satu tan arang, anda mungkin memerlukan empat hingga sepuluh tan kayu bakar.
Transesterifikasi
Ini adalah proses kimia yang mengubah biomas minyak nabati menjadi produk perantaraan, dari reaksi antara dua alkohol (metanol dan etanol) dan basa (natrium atau kalium hidroksida). Produk untuk transesterifikasi jenis biomassa ini adalah gliserin dan biodiesel, bahan bakar yang menyajikan keadaan yang serupa dengan diesel dan dapat digunakan pada mesin pembakaran dalaman, untuk penggunaan kendaraan atau tidak bergerak.
Pencernaan anaerobik
Seperti pirolisis, pencernaan anaerob mesti berlaku di persekitaran dengan "hampir tidak ada" oksigen. Biomas asli mengalami penguraian oleh tindakan bakteria, sama seperti ia berlaku secara semula jadi dengan hampir semua sebatian organik. Sisa organik, seperti kotoran binatang dan sisa industri, dapat dirawat melalui pencernaan anaerob (yang berlaku semasa ketiadaan oksigen) pada biodigesters. Tindakan bakteria menyebabkan pemanasan yang diperlukan agar penguraian berlaku, namun, di kawasan atau waktu sejuk, penggunaan haba tambahan mungkin diperlukan. Produk akhir pencernaan anaerob adalah biogas, yang pada dasarnya terdiri daripada metana (50% hingga 75%) dan karbon dioksida. Efluen yang dihasilkan dapat digunakan sebagai baja.
Penapaian
Ini adalah proses biologi yang dilakukan oleh tindakan mikroorganisma (biasanya ragi) yang mengubah gula yang terdapat dalam sumber biomas, seperti tebu, jagung, bit dan spesies sayuran lain, menjadi alkohol. Hasil akhir fermentasi biomas adalah pengeluaran etanol dan metanol.
Kebolehgunaan biojisim
Biojisim dianggap sebagai sumber tenaga yang boleh diperbaharui dan telah digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil, seperti minyak dan arang batu, untuk menghasilkan elektrik di loji termoelektrik dan untuk mengeluarkan jumlah gas pencemaran yang lebih rendah dibandingkan dengan yang tidak boleh diperbaharui. Namun, walaupun bukan merupakan bahan bakar fosil, menurut sebuah kajian, pembakaran biomas adalah salah satu sumber gas beracun, zarah partikel dan gas rumah hijau terbesar di dunia.
Sekiranya berlaku pembakaran di kawasan yang luas, baik hutan, savana atau jenis tumbuh-tumbuhan lain, pelepasan sulfur menyebabkan perubahan pH air hujan, yang menyumbang kepada terjadinya hujan asam. Pelepasan metana dan karbon dioksida menyumbang kepada peningkatan kesan rumah hijau, dan merkuri membawa kepada pencemaran badan akuatik dan memungkinkan pembentukan metilmercury, bahan yang berbahaya bagi kesihatan manusia.
Pendedahan berulang dan berpanjangan terhadap bahan yang dihasilkan dari proses pembakaran biomas di dalam rumah (dapur kayu, perapian, dll.) Telah dikaitkan dengan peningkatan jangkitan pernafasan akut pada kanak-kanak, yang dianggap sebagai penyebab utama kematian di negara membangun. Selain itu, ini juga dikaitkan dengan peningkatan penyakit paru obstruktif kronik, pneumoconiosis (penyakit yang disebabkan oleh penyedutan debu), tuberkulosis paru, katarak dan kebutaan. Dalam kes pembakaran jerami tebu, penduduk yang tinggal di kawasan sekitar tanaman tebu terdedah kepada debu dari biomassa yang terbakar selama kira-kira enam bulan sepanjang tahun.
Atas sebab ini, Majlis Alam Sekitar Nasional (Conama) menetapkan had pelepasan untuk pencemaran udara dari proses penjanaan haba dari pembakaran luaran biomassa tebu, yang memungkinkan untuk mengatur pelepasan dan mengurangkan kesan sosio-persekitaran yang berkaitan dengan pembakaran biomas.
Biojisim juga menawarkan kemungkinan dihasilkan dari berbagai jenis bahan, memberikan fleksibilitas dan keamanan ke pasar, tidak seperti bahan bakar fosil itu sendiri, terutama minyak. Titik lain ialah, ketika menggunakan sampah organik pertanian, perindustrian dan bandar untuk menghasilkan elektrik, mereka menerima destinasi yang lebih "lestari" daripada pembuangan sederhana. Menurut satu kajian, kebanyakan sisa pertanian di Brazil adalah jagung, kedelai, beras dan gandum, dua yang pertama adalah bahan mentah yang sering digunakan untuk pengeluaran biodiesel.
Brazil mempunyai keadaan yang baik untuk pengeluaran tenaga dari biomas, seperti adanya kawasan pertanian yang besar, yang dapat digunakan untuk pengeluaran biomassa, dan menerima sinaran matahari yang kuat sepanjang tahun. Walau bagaimanapun, terdapat kebimbangan mengenai pengeluaran biofuel generasi pertama, yang menggunakan bahan mentah sayuran secara langsung. Dalam hal ini, biofuel dapat melawan situasi persaingan lahan pertanian dengan sektor pertanian, yang membahayakan keamanan makanan penduduk. Isu lain yang berkaitan dengan kawasan tanah yang besar adalah isu pemuliharaan alam sekitar. Selain bersaing dengan pertanian, biofuel akhirnya dapat memberi tekanan pada daerah yang ditujukan untuk pemuliharaan alam sekitar.
