Η ενεργειακή αξιοποίηση του Βιοαερίου (Β’)

Συνεχίζουμε το αφιέρωμά μας στο βιοαέριο με τις εφαρμογές, τα προβλήματα και τις προοπτικές ανάπτυξης της παραγωγής βιοαερίου στη χώρα μας.

Γράφει ο Χρήστος Ζαφείρης, ΜSc

Υπεύθυνος Δέσμης Έργων Βιοαερίου

Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ), Τμήμα Βιομάζας

Έως τις 04 Ιουνίου του 2010, που δημοσιεύτηκε στην εφημερίδα της κυβέρνησης ο Ν.3851/2010, η εγκατεστημένη ισχύς μονάδων βιομάζας/βιοαερίου στην Ελλάδα ήταν 40,1 MW με ελάχιστες αιτήσεις για χορήγηση άδειας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας να υπάρχουν στην ΡΑΕ την περίοδο εκείνη για διευθέτηση. Από την ημερομηνία εκείνη μέχρι σήμερα έχουν κατατεθεί στην ΡΑΕ για χορήγηση άδειας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από βιομάζα/βιοαέριο συνολικά 248 αιτήσεις συνολικής εγκατεστημένης ισχύος 2041,4 MW

Ένας αριθμός έργων βιοαερίου έχουν ήδη συμπεριληφθεί σε εθνικά προγράμματα για την ενέργεια. Στους ΧΥΤΑ Α. Λιοσίων στην Αττική και Ταγαράδων στη Θεσσαλονίκη λειτουργούν δύο σημαντικές επενδύσεις παραγωγής ηλ. ενέργειας με αξιοποίηση του παραγόμενου βιοαερίου σε ΜΕΚ, εγκατεστημένης ισχύος 23,5 MWe και 5 MWe αντιστοίχως. Επιπλέον, υπάρχει ήδη εγκατεστημένο αντίστοιχο έργο της ΕΥΔΑΠ στην Ψυττάλεια για την ενεργειακή αξιοποίηση της παραγόμενης ιλύος από τη μονάδα επεξεργασίας λυμάτων, με συμπαραγωγή, εγκατεστημένης ισχύος 11,25 MWe.

Τα έργα ενεργειακής αξιοποίησης βιοαερίου που βρίσκονται σε λειτουργία στον Ελληνικό χώρο έχουν συνολική εγκατεστημένη ισχύ 43,5 MWe περίπου.

Κεντρική Μονάδα Συνδυασμένης Χώνευσης

Καλές προοπτικές για την ελληνική πραγματικότητα φαίνεται να εμφανίζει το Δανικό πρότυπο κεντρικών μονάδων βιοαερίου (centralized biogas plants). Συγκεκριμένα, στη Δανία διαχειρίζονται περίπου 1.325.000 τόνους οργανικών αποβλήτων ετησίως, σε 20 κεντρικές μονάδες, με ετήσια παραγωγή βιοαερίου 50.000.000 m³, το οποίο συνεισφέρει στο ενεργειακό σύστημα της Δανίας περίπου 1 PJ συνολική ενέργεια.

Η ιδέα της κεντρικής μονάδας συνδυασμένης χώνευσης βασίζεται στην παραγωγή βιοαερίου με τη διαδικασία της αναερόβιας χώνευσης (ΑΧ), χρησιμοποιώντας ένα ευρύ φάσμα οργανικών αποβλήτων που αποτελούνται κατά 80% από κτηνοτροφικά απόβλητα και κατά 20% από αγροτοβιομηχανικά απόβλητα, αστικά οργανικά απορρίμματα και λύματα βιολογικών καθαρισμών. Η κεντρική μονάδα εγκαθίσταται σε περιοχές με υψηλό δυναμικό αποβλήτων με σκοπό τη μείωση του κόστους μεταφοράς τους. Σημαντικό είναι το να ληφθεί μέριμνα ώστε το τελικό προϊόν να είναι υψηλής ποιότητας και ασφαλές για ανακύκλωση ως λίπασμα. Για το σκοπό αυτό, πριν τη μεταφορά τους στις δεξαμενές, για το κάθε είδος από τα απόβλητα συγκεντρώνονται στοιχεία που αφορούν την

α) προέλευσή τους (στοιχεία της εταιρείας που τα παρήγαγε, πρώτες ύλες και τρόποι κατεργασίας, διαθέσιμες ποσότητες κ.λπ.),

β) περιεκτικότητά τους σε μακρο- και μικρο-στοιχεία, βαρέα μέταλλα, pH, ξηρή ουσία, κ.λπ.

γ) οργανοληπτικές ιδιότητες, όπως χρώμα, υφή, οσμή, κ.λπ. και

δ) πιθανά παθογόνα για την κατεργασία ή την τελική χρήση ως λίπασμα.

Τα κτηνοτροφικά απόβλητα συλλέγονται σε δεξαμενές προ-συλλογής από διαφορετικές κτηνοτροφικές μονάδες σε επιλεγμένα σημεία και με κατάλληλα φορτηγά-βυτία μεταφέρονται στη κεντρική μονάδα όπου και αναμειγνύονται με άλλα οργανικά απόβλητα, ομογενοποιούνται και με σύστημα αντλιών οδηγούνται στους χωνευτές για να ξεκινήσει η διαδικασία της ΑΧ που λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία 30-40^οC (μεσόφιλη) ή 50-55^οC (θερμόφιλη), κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες υγιεινής μειώνοντας τη δραστηριότητα των παθογόνων οσμών και της μόλυνσης του περιβάλλοντος.

Τα προϊόντα της ΑΧ είναι:

α) το βιοαέριο, το οποίο οδηγείται σε κατάλληλο αεριοφυλάκιο και αφού υποστεί διαδικασίες καθαρισμού και αφύγρανσης τροφοδοτεί μηχανές εσωτερικής καύσης  ή αεριοστρόβιλους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας και

β) το χωνευμένο υπόλειμμα που με κατάλληλες διαδικασίες διαχωρισμού και εξάτμισης μπορεί να μετατραπεί σε στερεό υγρό λίπασμα και νερό άρδευσης.

Η κεντρική μονάδα συνδυασμένης χώνευσης αντιπροσωπεύει ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης κτηνοτροφικών και οργανικών αποβλήτων με παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας (βιοαέριο) και με σημαντικά περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη:

•          Παραγωγή ενέργειας από ΑΠΕ

•          Μείωση των οργανικών αποβλήτων

•          Μείωση εκπομπών αερίων θερμοκηπίου

•          Μείωση παθογόνων οργανισμών

•          Αυξημένη απόδοση λίπανσης

•          Μείωση οσμών και οπτικής ρύπανσης

•          Εξοικονόμηση χρημάτων για τους αγρότες

Προβλήματα από την αξιοποίηση του βιοαερίου στην Ελλάδα

Τα σημαντικότερα προβλήματα σύμφωνα με τους επενδυτές και κατασκευαστικές εταιρείες στην κατασκευή μιας μονάδας βιοαερίου αναφέρονται:

•          Στην έγκριση των περιβαλλοντικών όρων: θεωρείται εσφαλμένα το χωνεμένο υπόλειμμα σαν απόβλητο και όχι σαν λίπασμα όπως ορίζει η νομοθεσία σε όλες τις χώρες τις ΕΕ

•          Στο μονοπώλιο της ΔΕΗ, το οποίο δημιουργεί καθυστερήσεις και ανασφάλεια στους επενδυτές.

•          Στην αδυναμία της εληνικής νομοθεσίας να ρυθμίζει ενιαία το κόστος διάθεσης των αποβλήτων, με βάση την αρχή «ο ρυπαίνων πληρώνει».

•          Στην ελλιπή ενημέρωση σχετικά με την ενεργειακή αξιοποίηση του βιοαερίου και τα αναμενόμενα οφέλη στην Αυτοδιοίκηση, τις Περιφέρειες και τους Οργανισμούς.

•          Στην κοινωνική αποδοχή:Η Ελλάδα πάσχει από μία υψηλού βαθμού αντίσταση από τις τοπικές κοινωνίες και από διοικητικούς φραγμούς για τη δημιουργία νέων ενεργειακών υποδομών.

•          Στη γραφειοκρατία: Ένα πολυστρωματικό σύστημα εγκρίσεων και σύνθετες γραφειοκρατικές διαδικασίες οδηγούν σε μακροχρόνιες διαδικασίες αδειοδότησης.

•          Στην απουσία χωροταξικού: Τα διοικητικά εμπόδια επαυξάνονται από την απουσία χωροταξικού σχεδιασμού

Οι προοπτικές του βιοαερίου

Εκτός από την παραγωγή του βιοαερίου με τη διαδικασία της αναερόβιας χώνευσης και την ενεργειακή του αξιοποίηση για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας, καυσίμου μεταφορών, και τη διοχέτευσή του στο δίκτυο του φυσικού αερίου, τα τελευταία χρόνια παρατηρείται έντονη κινητικότητα σε θέματα όπως:

•          Παραγωγή βιοαερίου Bio-SNG (Bio-synthetic Natural gas) 2ης γενιάς, από λιγνο-κυτταρινούχες πρώτες ύλες, που προέρχονται κυρίως από δασικά υπολείμματα, ενεργειακά φυτά, απόβλητα χαρτοβιομηχανίας κ.α. Με την τεχνολογία της αεριοποίησης παράγεται συνθετικό αέριο (CΟ – H2) από το οποίο στην συνέχεια με καταλυτική οξείδωση λαμβάνεται το Bio-SNG.

•     Ανάπτυξη εξειδικευμένης τεχνολογίας για την κατασκευή, εγκατάσταση και λειτουργία νέων χωνευτών (digesters).

•      Αυτοματοποίηση της ολοκληρωμένης αλυσίδας παραγωγής ενέργειας από την πρώτη ύλη ως το τελικό προϊόν.

•          Ανάπτυξη ολοκληρωμένων συστημάτων διανομής αερίου και θερμότητας.

•          Βελτίωση των μεθόδων αναβάθμισης του βιοαερίου και ενίσχυση της διείσδυσής του τόσο στο δίκτυο του φυσικού αερίου όσο και ως καυσίμου μεταφορών στις αστικές συγκοινωνίες και τα γεωργικά μηχανήματα.

•          Παραγωγή βιο-υδρογόνου με αναμόρφωση  αναβαθμισμένου βιοαέριου για χρήση σε κυψέλη καυσίμου (fuel cell) για παραγωγή ενέργειας.

•       Χρήση βιοαέριου σε μικρο-αεριοστροβίλους (micro gas turbine) δυναμικότητος 25kW έως 100kW για παραγωγή ενέργειας.

•          Παραγωγή βιοαερίου από ενεργειακά φυτά με την διαδικασία της υγρής και ξηρής ζύμωσης που γίνεται κυρίως στην Γερμανία.

•          Βελτίωση των μεθόδων εκτίμησης του δείκτη επικινδυνότητας καρκίνου (cancer unit risk factors) από τις εκπομπές καυσαερίων οχημάτων που κινούνται με βιοαέριο.

•          Χρήση βιοαερίου για θέρμανση θερμοκηπίων, αποθηκών, ανοικτών χώρων (βεράντες αίθρια κα), όπως επίσης χρήση θερμότητας σε τεχνολογίες και εφαρμογές (ανόπτηση, συγκόλληση, σύνδεση, θέρμανση, ξήρανση) στις  βιομηχανίες  χάρτου, μεταλλουργικών προϊόντων κα,  με κατάλληλα υπέρυθρα  θερμαντικά στρώματα (infrared heating systems)

Συμπεράσματα

Μια μονάδα παραγωγής βιοαερίου δεν παρέχει μόνο τη δυνατότητα αξιοποίησης του ενεργειακού δυναμικού του βιοαερίου, αλλά συμμετέχει παράλληλα και στη συνολική επεξεργασία των αποβλήτων της γεωργο-κτηνοτροφικής δραστηριότητας που τα παράγει. Η παραγωγή βιοαερίου έχει αλληλένδετα οικονομικά, περιβαλλοντικά και γεωργικά οφέλη, όπως: μείωση των εισαγωγών καυσίμων, μικρότερες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου (CO₂, CH₄, NO_x), εξοικονόμηση χρημάτων και αύξηση της απασχόλησης στον πρωτογενή τομέα.

Το βιοαέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο μεταφορών αντικαθιστώντας τα συμβατικά καύσιμα σε ποσοστό που μπορεί να φτάσει το 15-20% ενώ ως αναβαθμισμένο βιοαέριο μπορεί να διοχετευτεί στο δίκτυο του φυσικού αερίου και να χρησιμοποιηθεί και για παραγωγή βιο-υδρογόνου.

Η αξιοποίηση της ενέργειας των αποβλήτων των γεωργο-κτηνοτροφικών μονάδων, καθώς και ειδικών βιομηχανικών οργανικών υποπροϊόντων μπορεί να γίνει σε μία κεντρική μονάδα βιοαερίου με κύρια προϊόντα το βιοαέριο και το οργανικό λίπασμα λύση που φαίνεται ελκυστική για την Ελλάδα.

Η οικονομικότητα μιας τέτοιας μονάδας βασίζεται κατ’ αρχάς στο γεγονός ότι η πρώτη ύλη (γεωργο-κτηνοτροφικά υποπροϊόντα, κ.λπ.) έχει συχνά μηδενική ή αρνητική αξία και κατά δεύτερο λόγο ότι τα προϊόντα της μονάδας έχουν αναμφισβήτητα εμπορική αξία. Ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας εμπίπτει σε διατάξεις του Νόμου για την πώληση ηλεκτρικής ενέργειας, η δε πώληση του πλεονάσματος της θερμότητας μπορεί να αποδώσει επιπρόσθετα έσοδα. Επιπλέον, η παραγωγή του χωνεμένου υπολείμματος μπορεί να θεωρηθεί πηγή εσόδων αν το στερεό υπόλειμμα πωληθεί σαν λίπασμα.

Βιβλιογραφία

1.         Aγαπητίδης, Ι., Ζαφείρης, Χ. Ενεργειακή αξιοποίηση του Βιοαερίου: Ευρωπαϊκές και Εθνικές προοπτικές, 2ο Συνέδριο ΕΕΔΣΑ, Φεβρουάριος 2006

2.         Aγαπητίδης, Ι., Ζαφείρης, Χ. Αναβάθμιση Βιοαερίου σε Βιομεθάνιο, χρήση σαν καύσιμο μεταφορών ή έγχυση του στο δίκτυο του ΦΑ, 3ο Συνέδριο ΕΕΔΣΑ, 2009

3.         Baadstorp, L. Personal communication, Denmark, 2012.

4.         Baltic Biogas Bus,  Biogas as a vehicle fuel in commuter buses – Life cycle cost and green house gas study, September 2012

5.         SGC, Basic data on biogas, 2012

6.         IPTS-Seville-Spain, Technical report for End-of-waste criteria on Biodegradable waste subject to biological treatment, August 2012

7.         Jens Bo Holm-Nielsen, Monitoring of biogas test plants—a process analytical technology approach, March 2011

8.         Michael Harasek , Biogas : Characteristics, clean-up Technologies and upgrading, May 2011

9.         DMT environmental Technology, Reducing methane slip to atmosphere in a biogas upgrading plant designed by DMT , July 2011

10.       SGC, Swedish experience of gas upgrading, gas injection and transport fuel, 2011

11.       C.M. van der Meijden, et all, LARGE SCALE PRODUCTION OF BIO METHANE FROM WOOD, ECN October 2011

12.       Nina Johansson, Production of liquid biogas, LBG, with cryogenic and conventional upgrading technology, 2008

13.       Μ. Gattrell, N. Gupta, Electochemical reduction of CO2 to hydrocarbons to storerenewable electrical energy and upgrading biogas, April 2007

14.       Zafiris, Ch. Biogas in Greece, National state of the Art, Redubar EIE/06/221/S12.442663,May    2007.

15.       Zafiris, Ch. List of recommendations for installing ‘Biogas feeding-in and feeding-out pool, Redubar EIE/06/221/S12.442663, July 2009

16.       Zαφείρης Χ. Aναβάθμιση βιοαερίου σε βιομεθάνιο ,για τις μεταφορές και το δίκτυο Φ.Α,  greentank, Μάρτιος 2012.

17.       Zαφείρης Χ. Ενεργειακή Αξιοποίηση Βιοαερίο, Renewable Energy Magazine, Ιούλιος – Αύγουστος 2012.