Πρόσφατες εξελίξεις στην αεριοποίηση της βιομάζας για παραγωγή βιοκαυσίμων

Recent developments in biomass gasification for biofuel production (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Καγκαρά, Βασιλική
  3. Κατάλυση και Προστασία του Περιβάλλοντος (ΚΠΠ)
  4. 18 Σεπτεμβρίου 2022 [2022-09-18]
  5. Ελληνικά
  6. 155
  7. Βάκρος, Ιωάννης
  8. Καμπόλης, Αναστάσιος | Μπουρίκας, Κυριάκος
  9. βιομάζα | biomass | βιοκαύσιμα | biofuels | αεριόποιση βιομάζας | biomass gasification | αεριοποιητής | gasifier | αντιδραστήρες | reactors | συν-αεριοποίηση βιομάζας | co-gasification of biomass | πετρελαικό κωκ και κάρβουνο | petroleum coke and coal | αλκάλια και αλκαλικές γαίες | alkalies and alkaline earths | υποβοηθούμενη με μικροκύματα αεριοποίηση | microwave assisted gasification | πρόβλημα της αιθάλης | soot problem
  10. 3
  11. 7
  12. Περιέχει : πίνακες, εικόνες
  13. Μέθοδοι Αξιοποίησης Βιομάζας για Παραγωγή Βιοκαυσίμων, Κορδούλης Χ.
    • Το πεδίο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των πρόσφατων εξελίξεων στην αεριοποίηση της βιομάζας για παραγωγή βιοκαυσίμων. Η αεριοποίηση της βιομάζας είναι μια τεχνολογία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας πολλά υποσχόμενη. Επιπλέον, έχει την ικανότητα και λειτουργεί ως πολύπλευρη τεχνολογία και χρησιμοποιείται με σκοπό την παραγωγή θερμότητας, ηλεκτρικής ενέργειας, υδρογόνου, βιοκαυσίμων δεύτερης γενιάς και χημικών ουσιών. Αν και παρουσιάζει αρκετά οφέλη υστερεί στην εμπορευματοποίησή της. Αυτό οφείλεται στις ειδικές προκλήσεις που έρχεται αντιμέτωπη σε τεχνολογικό επίπεδο, σε επίπεδο εφαρμογής και σε επίπεδο πολιτικής. Η καύση ορυκτών καυσίμων έχει ως συνέπεια την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της επιφάνειας του πλανήτη. Έτσι προκαλείται μαζική οικολογική ανισορροπία και αύξηση της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Εξετάζεται η κρίσιμη επισκόπηση της αεριοποίησης βιομάζας, οι ενσωματωμένες τεχνολογίες και οι αποφασιστικές παράμετροι για την παραγωγή πολύτιμων προϊόντων. Παρουσιάζεται μια ανασκόπηση των διαφόρων αεριοποιητών και των μέσων αεριοποίησης που χρησιμοποιούνται, ενώ στη συνέχεια παρουσιάζεται η αεριοποίηση με υπερκρίσιμο νερό (SCW). Η συν-αεριοποίηση πετρελαϊκού κωκ, βιομάζας και κάρβουνου συνιστά μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την αποτελεσματική ενσωμάτωση των επιμέρους πλεονεκτημάτων των διαφόρων πρώτων υλών αεριοποίησης με την παραγωγή αερίου σύνθεσης. Περιγράφονται οι κύριες διεργασίες αντίδρασης κατά τη συν-αεριοποίηση και συνοψίζονται οι παράγοντες που επηρεάζουν την παραγωγή αερίου σύνθεσης και τα χαρακτηριστικά ικανότητας μετατροπής της συν-αεριοποίησης. Εξετάζονται επίσης οι περιορισμοί και οι προκλήσεις. Παρακάτω εξετάζονται οι επιδράσεις των AAEMs στο συστατικό και την κατανομή των προϊόντων, την ικανότητα μετατροπής της αεριοποίησης και τον καταλυτικό μηχανισμό την αεριοποίηση της βιομάζας. Το ενδιαφέρον της κατάλυσης των AAEMs, έχει αυξηθεί με σκοπό την απομάκρυνση της πίσσας και τη μείωση της αιθάλης. Οι επιδράσεις των AAEMs στη μετατροπή της βιομάζας με βάση τις καταστάσεις φάσης που εμπλέκονται στις χημικές αντιδράσεις διαχωρίζονται σε ομογενείς και ετερογενείς καταλυτικές επιδράσεις. Ακόμη συνοψίζονται τρεις κύριοι μηχανισμοί με σκοπό την κατανόηση της ετερογενούς καταλυτικής διεργασίας, συμπεριλαμβανομένων του μηχανισμού μεταφοράς οξυγόνου, του μηχανισμού ενεργού κέντρου και του μηχανισμού καταλυτικής εκρόφησης. Στα βιώσιμα προϊόντα βιοενέργειας από πόρους βιομάζας μέσω αεριοποίησης περιλαμβάνονται το βιοϋδρογόνο και το βιοαέριο. Μια νέα τεχνολογία μετατροπής αλλά πολλά υποσχόμενη ως προς την επίτευξη μιας βιώσιμης βίο-οικονομίας. Είναι η αεριοποίηση με τη βοήθεια μικροκυμάτων (MAG). Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται τα συστήματα πλάσματος επαγόμενου από μικροκύματα και τα καταλυτικά συστήματα MAG σε σχέση με την παραγωγή βιοϋδρογόνου και βίο-αερίου σύνθεσης. Ακόμη εξετάζεται η απόδοση μετατροπής άνθρακα και η απομάκρυνση πίσσας. Ύστερα, περιγράφεται έρευνα που έχει πραγματοποιηθεί στην περιοχή του Νοτίου Τιρόλου της Ιταλίας, μέσω ερωτηματολογίων στους ιδιοκτήτες των μονάδων για την αξιολόγηση των ροών βιομάζας και άνθρακα στην περιοχή. Επίσης, η έρευνα έγινε με συλλογή ενός συνόλου δεδομένων και την κατάρτιση μιας μοναδικής επισκόπησης των τιμών αναφοράς για τα εύρη λειτουργίας των συστημάτων αεριοποίησης βιομάζας μικρής κλίμακας ,όσον αφορά τον λόγο ισοδυναμίας, τη σύνθεση του ξηρού αερίου, τη θερμογόνο δύναμη, την ειδική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τις αποδόσεις μετατροπής. Ο σχηματισμός αιθάλης αποτελεί μεγάλη τεχνική πρόκληση για τη βιομηχανοποίηση της αεριοποίησης της βιομάζας. Συζητείται η δημιουργία αιθάλης και ο μηχανισμός οξείδωσης και γίνεται πλήρης ανάλυση της σχέσης μεταξύ αιθάλης, πίσσας και κάρβουνου στην αεριοποίηση βιομάζας. Παρουσιάζονται μοντέλα αντίδρασης για το σχηματισμό αιθάλης και επισημαίνεται η επίδραση των συστατικών της βιομάζας. Ύστερα περιγράφονται οι πειραματικές μετρήσεις in-situ και ex-situ. Τέλος, εξετάζονται και αξιολογούνται οι στρατηγικές ελέγχου της αιθάλης στην αεριοποίηση βιομάζας. Η παρούσα διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται με τη σύνοψη γνώσεων οι οποίες είναι διαθέσιμες και των προκλήσεων στον σχηματισμό αιθάλης κατά την αεριοποίηση βιομάζας.
    • The scope of this thesis is the study of recent developments in biomass gasification for biofuel production. Biomass gasification is a promising renewable energy technology. Moreover, it has the capability and functions as a versatile technology and is used for the purpose of producing heat, electricity, hydrogen, second generation biofuels and chemicals. Although it has several benefits, it lags in its commercialisation. This is due to the specific challenges it faces at technological, implementation and policy levels. The burning of fossil fuels has resulted in an increase in the average global surface temperature. This causes a massive ecological imbalance and an increase in global warming. The critical overview of biomass gasification, the integrated technologies and the decisive parameters for the production of valuable products are examined. An overview of the various gasifiers and gasification media used is presented, followed by a discussion of supercritical water gasification (SCW). Co-gasification of petroleum coke, biomass and coal represents a promising approach to efficiently integrate the individual advantages of the different gasification feedstocks with the production of synthesis gas. The main reaction processes during co-gasification are described and the factors affecting the synthesis gas production and the reactivity characteristics of co-gasification are summarised. Limitations and challenges are also discussed. The effects of AAEMs on the component and product partitioning, the reactivity of gasification and the catalytic mechanism of biomass gasification are discussed below. The interest of catalysing AAEMs, has increased with the aim of removing tar and reducing soot. The effects of AAEMs on biomass conversion based on the phase states involved in the chemical reactions are divided into homogeneous and heterogeneous catalytic effects. Three main mechanisms are further summarized to understand the heterogeneous catalytic process, including the oxygen transfer mechanism, the active site mechanism and the catalytic desorption mechanism. Sustainable bioenergy products from biomass resources via gasification include bio-hydrogen and biogas. A new conversion technology but promising in terms of achieving a sustainable bioeconomy. It is microwave-assisted gasification (MAG). In this thesis, microwave-induced plasma and MAG catalytic systems are reviewed in relation to the production of bio-hydrogen and biogas synthesis. Furthermore, the carbon conversion efficiency and tar removal are examined. Then, a survey carried out in the South Tyrol region of Italy, through questionnaires to plant owners to evaluate biomass and coal flows in the region is described. Also, this was done collecting a data set and compiling a unique overview of reference values for the operating ranges of small-scale biomass gasification systems, in terms of equivalence ratio, dry gas composition, calorific value, specific electricity production and conversion efficiencies. Soot formation is a major technical challenge for the industrialisation of biomass gasification. The soot formation and oxidation mechanism are discussed and a complete analysis of the relationship between soot, tar and coal in biomass gasification is presented. Reaction models for soot formation are presented and the influence of biomass components is highlighted. Then the experimental measurements in-situ and ex-situ are described. Finally, soot control strategies in biomass gasification are discussed and evaluated. This thesis concludes with a summary of knowledge which is available and the challenges in soot formation during biomass gasification.
  15. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.