چهار روش تولید انرژی از طریق زیست توده

سوزاندن مستقیم، سوخت مشترك ذغال سنگ و زیست توده، سوخت گاز حاصل از زیست توده و تبدیل گاز هیدروژن به نیروی برق با استفاده از فرایند شیمیائی- الكتریكی. كاربرد روش سوخت مشترك ذغال سنگ و زیست توده ارزان‌تر از ساخت نیروگاه زیست توده جدید است.
تولید برق از انرژی زیست توده یكی از روشهای تولید برق تجاری در آمریكا به شمار می‌رود. با حدود ۹۷۳۳مگاوات ظرفیت نصب شده، زیست توده بزرگترین منبع برق تجدیدپذیر غیر آبی است. این ظرفیت ۹۷۳۳ مگاواتی شامل حدود ۵۸۸۶ مگاوات از گیاهان جنگل و بقایای كشاورزی، ۳۳۰۸ مگاوات ظرفیت تولید برق از ذباله‌های شهری و ۵۳۹ مگاوات از سایر مواد نظیر گاز حاصل از دفن ذباله است. حداكثر تولید برق از زیست توده به صورت برق بار پایه در سیستم توزیع برق موجود استفاده می‌شود. بیش از ۲۰۰ شركت غیر از محصولات چوبی و صنایع غذایی در آمریكا برق زیست توده تولید می‌كنند.
جائیكه تولیدكنندگان نیروی برق به تهیه بیوماس با هزینه بسیار پائین دسترسی دارند، انتخاب شرایط استفاده از بیوماس در تركیب سوخت باعث پیشرفت رقابت آنها در بازار می‌شود. این امر مخصوصاً در آینده نزدیك برای شركت‌های تولید برق واقعیت پیدا می‌كند در صورتیكه آنها روش تولید برق از تركیب زیست توده با ذغال سنگ را انتخاب كنند. با این روش در هزینه‌های سوخت صرفه‌جوئی می‌شود. تعداد زیادی از افراد فعال در بازار برق مشغول دادن پیشنهاد خرید از برق تولید شده به طریق موافق با قوانین محیط زیست از جمله برق حاصل از زیست توده هستند. این حركت در پاسخ به تقاضای مصرف‌كنندگان و ضرورت‌های قانونی می‌باشد. چهار گروه سیستم تولید برق با روش زیست توده وجود دارد. سوخت مستقیم، سوخت تركیبی (با ذغال سنگ)، تبدیل به گاز كردن و نیروگاههای مدولی. اغلب نیروگاههای زیست توده دارای سیستم مستقیم هستند كه مانند اغلب نیروگاههای سنتی با سوخت فسیلی عمل می‌كنند.
بیوماس در دیگ بخار یا بویلر سوخته و بخار آب با فشار زیاد تولید می‌شود. این بخار آب وارد توربین بخار می‌شود و در آنجا از مجموعه‌ای از تیغه‌های توربین كه به شكل آئوردینامیك است حركت می‌كند و توربین را به چرخش درمی‌آورد. این توربین به یك ژنراتور الكتریكی متصل است و این ژنراتور به حركت درمی‌آید و برق تولید می‌شود. در حالیكه فن‌آوری تولید بخار بسیار مطمئن و قابل اعتماد است راندمان آن محدود است.
قدرت دیگ‌های بخار مخصوص بیوماس نوعاً بین ۲۰ تا ۵۰ مگاوات است كه آن را با نیروگاههای ذغال سنگی با قدرت بین ۱۰۰ تا ۱۵۰۰ مگاوات می‌توان مقایسه كرد. این نیروگاههای كم‌ظرفیت از راندمان پائین‌تری برخوردارند و به دلیل مبادلات اقتصادی نیروگاههای كوچك نمی‌توانند از عهده هزینه تجهیزات افزایش‌دهنده راندمان برآیند. اگرچه فنونی برای افزایش راندمان تولید بخار آب از طریق بیوماس تا بیش از ۴۰ درصد وجود دارد ولی راندمان واقعی این گونه نیروگاهها در حدود ۲۰ درصد است.
در فن‌آوری تركیبی سوخت بیوماس و ذغال سنگ بیوماس جای بخشی از ذغال سنگ را در نیروگاههای ذغال سنگی موجود می‌گیرد. این انتخاب برای مصرف زیست توده برای تولید برق اقتصادی‌ترین روش به شمار می‌رود. چون اغلب تجهیزات نیروگاههای موجود بدون تغییر عمده می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. سیستم سوخت تركیبی ذغال سنگ و بیوماس كم‌هزینه‌تر از ساخت نیروگاه بیوماس است. بیوماس دی‌اكسید گوگرد (SO۲)، اكسیدهای نیتروژن NOX و سایر آلاینده‌های هوا را كاهش می‌دهد.
پس از تنظیم دیگ بخار برای حداكثر تولید برق با اضافه كردن بیوماس تلفات بسیار ناچیز در راندمان ایجاد می‌شود یا اصلاً هیچگونه تلفاتی بوجود نمی‌آید. در این شرایط انرژی موجود در بیوماس با راندمان بالا (حدود ۳۳ تا ۳۷ درصد) در نیروگاه ذغال سنگ به برق تبدیل می‌شود.
دستگاه مبدل گاز بیوماس با گرم كردن بیوماس در محیط زیست عمل می‌كند و در آنجا بیوماس جامد تجزیه می‌شود و گاز قابل اشتعال از آن متصاعد می‌شود. این طریق تولید انرژی نسبت به مستقیماً سوزاندن بیوماس برتری دارد. بیوگاز حاصل از تجزیه زیست توده را می‌توان تمیز كرد و از صافی گذراند و به این وسیله تركیبات شیمیائی موجود در آن را از آن جدا كرد. این گاز را می توان در سیستم‌های تولید برق با راندمان بیشتر مصرف كرد كه به آن سیكل تركیبی گفته می‌شود. در این سیستم برای تولید برق توربین‌های گازی و توربین‌های بخار با هم تركیب می‌شوند. راندمان این سیستم را می‌توان به ۶۰ درصد افزایش داد.
سیستم‌های تبدیل به گاز را می‌توان با سیستم‌های پیل سوختی برای كاربردهای آینده با یكدیگر تركیب كرد. پیل سوختی با استفاده از فرایند الكتروكمیكال (و حرارت) گاز هیدروژن را به برق تبدیل می‌كند. در اینصورت بخش عمده ماده‌ای كه در هوا متصاعد می‌شود بخار آب خواهد بود. با كاهش هزینه پیل‌های سوختی و دستگاههای مبدل گاز در بیوماس این سیستم‌ها به سرعت روبه افزایش گذاشته خواهد شد.
در سیستم‌های مدول بعضی از فن‌آوری‌های فوق‌الذكر در مقیاس كوچك‌تری كه غالباً در دهكده‌ها، مزارع و صنایع كوچك قابل اجرا است بكار می‌برند. سیستم‌های مذكور اكنون در دست توسعه هستند و در مناطق دور جائی كه زیست توده به مقدار فراوان وجود دارد و نیروی برق كم است می‌توانند بسیار مفید باشند. در كشورهای در حال توسعه برای اینگونه سیستم‌ها فرصت‌های قابل توجهی وجود دارد.

منبع : مجله بولتن بین الملل