زیست‌توده

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

زیست توده یکی از منابع عمده در میان انواع منابع انرژیهای نو، می‌باشد. تعاریف متعدد و گوناگونی از این منابع شده است تعریف اتحادیه اروپا از زیست توده که در راهنمای2001/77/EC به تاریخ ۲۷سپتامبر ۲۰۰۱ میلادی عنوان شده، عبارت است از: "زیست توده عبارت است از اجزا قابل تجزیه زیستی از محصولات، پسماندها و زائدات کشاورزی(شامل موادگیاهی و دامی)، جنگلها و صنایع وابسته و همچنین زائدات صنعتی و شهری قابل تجزیه". بر اساس تعریف علمی ارائه شده برای زیست توده در این آیین نامه، زیست توده به سوختهائی اطلاق می‌گردد که از جرم توده فیتوپلانکتونها و جرم توده زئوپلانکتونها ساخته می‌شوند. زیست توده یا بیومس (Biomass) یک منبع تجدید پذیر انرژی است که از مواد زیستی به دست می‌آید. 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 می‌رود. برای مثال بقایای درختان جنگلی، مواد هرس شده از گیاهان و خرده‌های چوب می‌توانند به عنوان زیست توده به کار گرفته شوند. زیست توده به مواد گیاهی یا حیوانی که برای تولید الیافو مواد شیمیایی به کار می‌روند نیز اطلاق می‌گردد. امروزه مشخص شده است که سوخت‌های زیستی به دست آمده از پسماندهای جنگل‌ها و محصول‌های کشاورزی جهان می‌تواند سالانه به اندازه ۷۰ میلیارد تن نفت خام انرژی در دسترس بشر قرار دهد که این میزان ۱۰ برابر مصرف سالانه انرژی در جهان است. همچنین می‌توان از این سوخت‌ها بیشتر در تولید گرما بهره برد زیرا می‌توانند باعث صرفه جویی اقتصادی چشمگیری شوند. توده شامل زباله‌های زیستی قابل سوزاندن هم می‌شود، اما شامل مواد زیستی مانند سوخت فسیلی که طی فرایندهای زمین‌شناسی تغییر شکل یافته‌اند، مانند ذغال سنگ یا نفت نمی‌شود. اگرچه سوخت‌های فسیلی ریشه در زیست توده در زمان بسیار قدیم دارند، به دلیل اینکه کربن موجود در آن‌ها از چرخه زیستی طبیعت خارج شده‌است و سوزاندن آن‌ها تعادل دی اکسید کربن موجود در جو را به هم می‌زند، عنوان زیست توده به آن‌ها اطلاق نمی‌گردد.

چوب به عنوان یک منبع زیست توده

چرخه زیست توده در طبیعت[ویرایش]

بخشی از تشعشع خورشید که به اتمسفر زمین می‌رسد، بواسطه فرایند فتوسنتز در گیاهان جذب و ذخیره می‌شود. ماکزیمم راندمان تبدیل انرژی خورشیدی در این فرایند بین ۵ تا ۶ درصد است. گیاهان بعنوان منابع ذخیره کربن هستند و CO2 را از هوا جذب کرده و بصورت کربن ذخیره می‌نمایند. وقتی گیاهی توسط جانوری خورده می‌شود، بخشی از کربن موجود در گیاه خورده شده به انرژی تبدیل می‌شود و بخشی دیگر دربافت‌های زنده ذخیره می‌گردد. بخش سوم نیز با فضولات حیوانی دفع می‌گردد. در صورتی که چوب یا گیاهان سوزانده شوند، علاوه بر انرژی، بخش اعظمی از کربن ذخیره شده بصورت کربن دی‌اکسید آزاد می‌شود و بخشی نیز در خاکستر باقی می‌ماند.

تاریخچه[ویرایش]

فناپذیری سوخت‌های فسیلی، تنوع‌بخشی به منابع انرژی، توسعه پایدار ایجاد امنیت انرژی، مشکلات زیست محیطی ناشی از مصارف انرژی فسیلی از یک طرف و تجدیدپذیر بودن منابع انرژی‌های نو نظیر خورشید، باد، زیست توده و ... از طرف دیگر باعث توجه جدی جهانیان به توسعه و گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و افزایش سهم این منابع در سبد انرژی جهانی شده است. امروزه ما شاهد افزایش چشمگیر فعالیت‌ها و بودجه دولت‌ها و شرکت‌ها در امر تحقیق، توسعه و عرضه سیستم‌های انرژی‌های تجدیدپذیرهستیم و این فعالیت‌ها همراه با صرف بودجه‌های کلان در این زمینه در نهایت موجب کاهش قیمت تمام شده انرژی‌های تجدیدپذیر و رقابت‌پذیری این تکنولوژی با سیستم‌های انرژی سنتی موجود می‌گردد. 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.

تاریخچه زیست توده در جهان[ویرایش]

  • کشف و مهار آتش و استفاده از حرارت حاصل از سوزاندن چوب و خار و خاشاک
    • خروج گاز و اشتعال ناقص آن ناشی از دفن زباله در طبقات زیرین زمین توسط پیلی نی روسی
      • اعلام وان هلمونت در سال ۱۶۳۰ در خصوص شناسائی و اشتعال گاز دفنگاه
        • کشف ماهیت گاز مرداب (متان- بیوگاز) در سال ۱۶۶۷ دانشمندی به نام شرلی
          • شناسائی گاز متان به عنوان ترکیب اصلی بیوگازاز مواد تخمیر شده توسط ولتا و در سال ۱۷۷۶
            • شروع تحقیقات عمده در زمینة تخمیر بیهوازی و کاربرد آن به وسیله شخصی به نام دیوی در سال ۱۸۰۸
              • در سال ۱۸۸۴ فردی به نام گاین طرحی را به اجراء در آورد که به وسیله بیوگاز حاصل از انرژی زیست توده روشنائی خیابانهای شهر پاریس را تأمین نمود.

نخستین نیروگاه بایومس در کشور بنگلادش

تاریخچه زیست توده درایران[ویرایش]

  • محمدبن حسین عاملی معروف به شیخ بهائی (۱۰۳۱-۹۳۵ هجری قمری) جزء نخستین کسانی بوده که از بیوگاز حاصل از زیست توده (فاضلاب حمام) استفاده کرده و آن را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است.
    • اولین هاضم تولید گاز متان در ایران در روستاهای نیازآباد 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 می نموده است.
      • از نظر استفاده‌های سنتی از این منبع، مطابق سرشماری سال ۱۳۷۵، ۱۰ درصد خانوارهای روستایی برای گرمایش منازل خود و ۵ درصد خانوارهای روستایی برای پخت و پز عمدتا از چوب و فضولات دامی استفاده می کرده‌اند.
        • در سال ۱۳۵۹ دو واحد کوچک آزمایشی در دانشگاه بوعلی سینا همدان احداث گردید که با فضولات کشتارگاه و کودگاوی تغذیه می‌گردید.
          • دانشگاه صنعتی شریف نیز در سال ۱۳۶۱ یک واحد ۳ متر مکب را به صورت آزمایشی مورد مطالعه قرار داد که با فضولات گاوی بارگیری می‌شد.
            • موسسه DLR آلمان نیز پتانسیل اقتصادی زیست توده برای تولید برق را تا سال ۲۰۵۰ بمیزان ۳۵۰۰ مگاوات محاسبه و ارائه نموده است.
              • در حال حاضر پروژه‌های متعددی در این خصوص توسط وزارت نیرو و بخش خصوصی در دست اجرا می‌باشد.

ساختار شیمیایی[ویرایش]

زیست توده بر پایه کربن است و از مخلوط مولکول‌های آلی، شامل هیدروژن، معمولاً اکسیژن و اغلب نیتروژن و مقدار کمی از دیگر اتمها مانند، فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی و فلزات سنگین است. . منابع زسیت توده شامل ترکیبات آلی با زنجیره بلند می‌باشند که در فرایند هضم به مو لکو لهای ساده‌تر تبدیل می‌گردد. حاصل این فرایند گازی قابل اشتعال به نام بیو گاز می‌باشد به بیو گازگاز مرداب نیز گفته می‌شود این گازشامل دو جز عمده متان و دی اکسید کربن به همرام مقدار جزئی از گازهای دیگر می‌باشد این مخلوط گازی با ارزش حرارتی ۲/۲ – ۵/۱ مگاژول به ازای هر متر مکعب است.

راه‌های تامین منابع انرژی زیست توده[ویرایش]

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. همچنین چوب‌ها و یا بعضی از زباله‌ها می‌توانند سوزانده شوند تا بخار آّب تولید شود و از آن برای تولید الکترسیته استفاده می‌شود. البته سوزاندن بیومس تنها راه آزاد سازی آنها نیست. بیومس‌ها می‌توانند به اشکال دیگری انرژی قابل استفاده در اختیار ما قرار دهند. مثل گاز متان، اتانول و بیودیزل. گاز متان جزء اصلی گاز طبیعی است. مواد بدبو مثل آشغال‌های گندیده و ضایعات کشاورزی و فضولات انسانی گاز متان آزاد می‌کنند که زیست گاز نامیده می‌شود. یکی دیگر از از منابع بیومس زباله‌ها هستند که ضایعات جامد شهری (MSW)نام دارند. زباله‌هایی که از محصولات گیاهی یا جانوری به دست می‌آیند بیومس هستند. غذاهای دورریز و چمن‌های کنده شده نمونه‌هایی از زباله‌های بیومس هستند. مواد بدبو مثل آشغال‌های گندیده و ضایعات کشاورزی و فضولات انسانی گاز متان آزاد می‌کنند که زیست گاز نامیده می‌شود.

تقسیم بندی انواع منابع زیست توده[ویرایش]

پسماندهای جامد: شامل مواد زائد جامدی هستند که از مراکز تجاری، اداری، خانگی و برخی صنایع حاصل می‌شود. این مواد یک منبع مناسب برای تولید انرژی می‌باشند. فرآیندهای تبدیل و تولید مواد و انرژی از زباله در دنیا توسعه یافته و پروژه‌های زیادی در زمینه تولید انرژی (برقحرارت) از زبالهدر دنیا مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌اند.

دورریزهای جامد شهری را می‌توان به مواد ذیل طبقه‌بندی نمود[ویرایش]

  • دورریزهای غذایی:بقایای حیوانات و میوه یا سبزی (آشغالها) ناشی از حمل و نقل، آماده‎سازی، پختن و یا خوردن غذا، همچنین مواد غذایی فاسد که بویژه در هوای گرم سریعاً تجزیه می‎شند.
    • زباله (به غیر از مواد غذایی):مواد زاید جامد قابل احتراق و غیرقابل احتراق به استثنای مواد زاید یا سایر مواد فاسد شدنی. عموماً زباله قابل احتراق از موادی مانند:کاغذ، مقوا، پلاستیک،پارچه، لاستیک، چرم، چوب، اثاث منزل و تزیینات باغ و گیاه تشکیل می‎شود. زباله غیرقابل احتراق عبارت است از اقلامی نظیر شیشه، بلور، قوطی‎های حلبی، قوطی‎های آلومینیومی، فلزات آهنی و غیرآهنی، چرک و کثافات و نخاله‎های ساختمانی.
      • خاکسترها و بقایا:موادی که از سوختن چوب، زغال سنگ، زغال و سایر مواد زاید قابل احتراق باقی می‎مانند. بقایای حاصل از نیروگاهها معمولاً در این گروه طبقه‎بندی نمی‎شوند. خاکسترها و بقایا به طور عادی شامل مواد ریز پودری شکل و مقادیر اندکی از موادی است که بطور ناقص سوخته‎اند.
        • مواد زاید حاصل از تخریب و نخاله‎های ساختمانی:مواد زاید حاصل از ساختمانهای تخریب شده و سایر ساختمانها در ضمن مواد زاید حاصل از تخریب طبقه‎بندی می‎شوند. مواد زاید ساختمانی، قالب ریزی و تعمیر ساختمانهای مسکونی، تجاری و صنعتی و سازه‎های مشابه به عنوان نخاله‎های ساختمانی شناخته می‎شوند. این مواد شامل کثافات، سنگها، بتون، آجرها، پلاستر، چوب، تیرهای چوبی،لوله‎کشی، تأسیسات حرارتی و الکتریکی می‎شوند.
          • مواد زاید مخصوص :مواد زایدی مانند مواد جاروب شده خیابانی، زباله‎های کنار جاده، بقایای حاصل از ویرانی، جانوران مرده و وسایل نقلیه اسقاط جزو مواد زاید مخصوص طبقه‎بندی می‎شوند.
            • مواد زاید حاصل از واحدهای تصفیه :مواد زاید جامد و نیمه جامد حاصل از آب، فاضلاب و تاسیسات صنعتی تصفیه پساب در این گروه طبقه‎بندی می‎شوند.

انواع دوریزها و پسماندهای جامد[ویرایش]

دوریزهای خطرناک نیز معمولاً به گروههای زیر تقسیم می‌شوند[ویرایش]

فاضلابهای شهری[ویرایش]

سالانه میلیونها تن لجن در فرایند تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه‌های شهرها و صنایع مختلف تولید می‌گردد که دارای پتانسیل مناسبی برای تولید انرژی می‌باشد. در حالیکه دفع و دفن این لجن‌ها از معضلات اساسی تصفیه خانه‌ها بوده و هزینه‌های گزافی در این زمینه صرف می‌گردد. با بهره‌گیری از فناوریهای مناسب می‌توان ضمن حل معضل این پسماندهای آلی به تولید انرژی پاک اقدام نمود.

زائدات کشاورزی و جنگلی[ویرایش]

چوب یا همان سوخت‌های چوبی اصطلاحی است، شامل انواع سوختهای حاصل از جنگل کاری، ضایعات حاصل از بهره‌برداری منابع جنگلی، ضایعات حاصل از صنایع تبدیلی چوب، صنایع چوب و کاغذ و تأسیسات پردازشی مجاور مناطق جنگلی که می‌تواند به عنوان یک ماده اولیه جهت احداث نیروگاه برای تأمین انرژی همان صنایع یا صنایع دیگر مورد استفاده قرار گیرد. زائدات کشاورزی نیز مواد سرشار از انرژی بوده که ارزش غذایی برای انسان ندارند. سالانه میزان زیادی از زائدات کشاورزی نظیر کاه و کلش غلات، شاخه و برگ انواع گیاهان و محصولات باغی در مراحل مختلف کشاورزی تولید می‌گردد که می‌تواند در فرایند تولید انرژی مورد استفاده قرار بگیرد.

فضولات حیوانی[ویرایش]

فضولات حاصل از دام و طیور سرشار از مواد آلی بوده و در فرایند تولید انرژی می‌تواند بعنوان یک ماده اولیه مناسب در نیروگاه‌های زیست توده مورد استفاده قرار گیرند.

پسماندهای صنایع غذایی و کشاورزی[ویرایش]

در فرآیندهای تولید و تبدیل در صنایع غذایی و کشاورزی سالانه مقدار زیادی پسماندهای آلی جامد و مایع تولید می‌گردد که می‌تواند ماده اولیه مناسبی برای نیروگاههای زیست توده باشد. انرژی حاصل از این پسماندها می‌تواند در همان صنایع و یا صنایع دیگر مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از این ضایعات در فرایند تولید انرژی واحداث نیروگاههای زیست توده می‌تواند در راستای توسعه پایدار در صنعت کشاورزی مد نظر قرار گیرد.

محصولات انرژی زا[ویرایش]

در حال حاضر با توجه به اقتصادی بودن تولید انرژی و نیز برق از درختان در اروپا و آمریکای شمالی، کشاورزان بخش‌هایی از زمین‌های کشاورزی خود را به کشت درختان سریع الرشد و انرژی زا اختصاص می‌دهند. از انواع مختلف محصولات انرژی زا می‌توان به کشت درختان سریع الرشد نظیر اکالیپتوس، کشت محصولات کشاورزی (گیاهان) انرژی زا (مثل سورگوم ونیشکر)، کشت گیاهان روغنی با محتوی انرژی بالا مثل سویا و شلغم روغنی و درخت نخل اشاره کرد. این محصولات می‌توانند به عنوان سوخت امن و بی خطر در نیروگاه‌های زیست توده مورد استفاده قرار گیرند. توجه به این محصولات می‌تواند ضمن تأمین آسان و پایدار قسمتی از انرژی مورد نیاز و امنیت تأمین انرژی با ایجاد درآمد برای کشاورزان از جهت اختصاص ظرفیت‌های خالی و زمین‌های غیرقابل استفاده در بخش کشاورزی به این امر همراه باشد.

کاربردهای انرژی زیست توده[ویرایش]

امروزه برای منابع مختلف زیست توده و کاربردهای گوناگون آن، تکنولوژی‌های زیادی توسعه یافته و یا در حال توسعه می‌باشند. منابع زیست توده با فن آوری‌های مختلف تولید انرژی، به صورتهای مختلف انرژی نظیر برق، حرارت و سوخت تبدیل می‌گردند. نمودارهای ذیل با انواع کاربردهای انرژی زیست توده اشاره دارد.

مصارف غیر نیروگاهی زیست توده[ویرایش]

بخش اعظمی از سهم انرژی زیست توده در تامین انرژی اولیه مصرفی جهان به کاربردهای حرارتی و احتراق مستقیم بویژه در کشورهای در حال توسعه اختصاص دارد. عمده ترین کاربرد منابع زیست توده در تامین حرارت و پخت و پز می‌باشد.

منابع[ویرایش]

ویکی‌پدیای انگلیسی