Ο ρόλος της κατάλυσης στην αεριοποίηση μικρής κλίμακας αγροτικών υπολειμμάτων προς συμπαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας

The role of catalysis in small-scale gasification of agricultural residues for cogeneration of electricity and heat (english)

  1. MSc thesis
  2. Δημησιώρη, Ειρήνη
  3. Κατάλυση και Προστασία του Περιβάλλοντος (ΚΠΠ)
  4. 29 September 2018 [2018-09-29]
  5. Ελληνικά
  6. 138
  7. Βακάλης, Στέργιος
  8. Βακάλης , Στέργιος | Καμπόλης, Αναστάσιος
  9. κατάλυση | catalysis | αποκεντρωμένη | decentralised | αγροτικά υπολείμματα | agricultural residues | συμπαραγωγή ενέργειας και θερμότητας (ΣΗΘ) | cogeneration of heat and power (CHP) | αεριοποίηση μικρής κλίμακας | small scale gasification | αέριο σύνθεσης | synthesis gas | βιομάζα | biomass
  10. 24
  11. 62
  12. Περιέχει: εικόνες, σχήματα, γραφήματα, πίνακες
    • Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η βιωσιμότητα της δεύτερης γενιάς βιοενέργειας, όσον αφορά τη χρήση γεωργικών υπολειμμάτων, ως πρώτη ύλη για την αεριοποίηση μικρής κλίμακας. Προβλήματα όπως, η συσχέτιση των τιμών των τροφίμων με τα βιοκαύσιμα, το αντίκτυπο στη βιοποικιλότητα και στη χρήση της γης και του νερού των καλλιεργειών που δεν προορίζονται για παραγωγή τρόφιμων και το γεγονός ότι τα καύσιμα τρίτης και τέταρτης γενιάς παρουσιάζουν σημαντικά μειονεκτήματα ως προς την αποδοτικότητα, την οικονομική βιωσιμότητα και γενικά τη δυσκολία στην εμπορική αξιοποίηση μέχρι και σήμερα, περιορίζουν τη δυναμική αυτού του ανανεώσιμου πόρου της βιομάζας. Η παρούσα εργασία προτείνει ως ελπιδοφόρο λύση για τη συμπαραγωγή ενέργειας και θερμότητας, την εφαρμογή της τεχνολογίας αεριοποίησης για την αξιοποίηση των υπολειμμάτων αγροτικών καλλιεργειών, που έως σήμερα αντιμετωπίζονται στην Ελλάδα ως περιβαλλοντική επιβάρυνση. Η Ελλάδα, λόγω των γεωμορφολογικών και κλιματολογικών χαρακτηριστικών της είναι ιδανική για αξιοποίηση της βιομάζας σε μονάδες αεριοποίησης μικρής και μεσαίας κλίμακας, καθώς το διαθέσιμο δυναμικό βιομάζας από αγροτικά υπολείμματα παρουσιάζεται αρκετά ελκυστικό. Έτσι αναλύονται οι βασικές και οι πλέον σύγχρονες τεχνολογίες αεριοποίησης που προέκυψαν από ευρεσιτεχνίες, τα χαρακτηριστικά των διαθέσιμων αγροτικών προϊόντων και πως αυτά επηρεάζουν τη χημεία αεριοποίησης, τα συστήματα αντιδράσεων και τα παράγοντα προϊόντα. Όλα αυτά αποτελούν σημαντικά ζητήματα ανάπτυξης στον τομέα ανανεώσιμης ενέργειας, ενώ ταυτόχρονα γίνεται φανερή η στροφή της έρευνας στην κατεύθυνση αυτή. Ο σκοπός της εργασίας εστιάζει στο ρόλο της κατάλυσης στις τεχνολογίες αεριοποίησης βιομάζας και ιδιαίτερα στην ενδεχόμενη αναβάθμιση του αερίου σύνθεσης μέσω της καταλυτικής αεριοποίησης. Στην εργασία παρουσιάζονται οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά την αεριοποίηση, τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας και οι σημαντικότεροι τύποι αεριοποιητών. Με βάση την πηγή της βιομάζας που αναλύεται στα πρώτα κεφάλαια και την επιλογή του κατάλληλου αεριοποιητή, ο ρόλος της κατάλυσης στην αεριοποίηση, στην αναβάθμιση του αερίου προϊόντος, στον καθαρισμό της βιομάζας σε πρωτογενή και δευτερογενή κλίμακα αλλά και στη γενικότερη χρήση της τεχνολογίας αυτής, προάγει πολλές εφαρμογές του αερίου σύνθεσης. Άλλες εφαρμογές, πέραν της παραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας, που αναφέρονται είναι τα καύσιμα μεταφορών, οι κυψέλες καυσίμου, η παραγωγή μεθανόλης, η παραγωγή λιπασμάτων, η υδροφορμυλίωση ολεφινών, το συνθετικό φυσικό αέριο (SNG), η παραγωγή υδρογόνου κ.ά. Αξίζει να σημειωθεί πως υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον στη χρήση γεωργικών υπολειμμάτων για την παραγωγή βιοενέργειας μέσω αεριοποίησης, καθώς μπορούν να αποτελέσουν μια βιώσιμη τροφοδοσία βιομάζας που διατίθεται σε χαμηλό κόστος, δεδομένου ότι τα αγροτικά κατάλοιπα θεωρούνται απλά ένα υποπροϊόν της χρήσης της γης. Στις μέρες μας γίνονται μεγάλες προσπάθειες για περαιτέρω έρευνα για την καλύτερη κατανόηση της τεχνολογίας αυτής, για τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας και των παραγόμενων προϊόντων με χρήση κατάλληλων καταλυτών. Το ενδιαφέρον για την προώθηση μικρών μονάδων αεριοποίησης προς συμπαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας αποτελεί πλέον παγκόσμιο φαινόμενο. Οι θετικές κυρίως εμπειρίες από την ενεργειακή και περιβαλλοντική εκτίμηση τεχνολογιών αεριοποίησης μικρής κλίμακας, που παρουσιάζονται από το Νότιο Τιρόλο-GAST project, την Ινδονησία, την Κούβα, τη Σουηδία, την Καμπότζη, οι αποτυχημένες προσπάθειες στην Ταϊλάνδη, αλλά και η επιλογή μιας διαφορετικής χρήσης αεριοποίησης μικρής κλίμακας με χρήση βιομάζας στις ΗΠΑ, φανερώνουν τις δυνατότητες εξέλιξης της αεριοποίησης στον ενεργειακό τομέα. Η Ελλάδα έχει πραγματοποιήσει προσπάθειες στην κατεύθυνση αυτή και τα παραπάνω έργα μπορούν να δείξουν το δρόμο για ορθολογική αξιοποίηση της βιομάζας στον τομέα βιοενέργειας. Η εργασία ολοκληρώνεται με την επιτόπια παρακολούθηση και μελέτη μιας μονάδας αεριοποίησης μικρής κλίμακας στο Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης και γίνεται μια πρόταση για την αξιοποίηση της αεριοποίησης αγροτικών υπολειμμάτων, μικρής και μεσαίας κλίμακας, στον Ελλαδικό χώρο.
    • This study examines the viability of second generation bioenergy fuels, i.e. agricultural residues, as raw material for small-scale gasification. Problems such as the coupling of food prices with fuels, the impact on biodiversity by using land and water for crops not produced for food production, and the fact that third and fourth generation fuels have disadvantages in terms of efficiency, economic viability and difficulty in commercial exploiting technology as up to date, are being analysed. This study proposes the combined production of energy and heat along with the use of modern gasification technologies with primary fuels as a part of the energy solution. In particular the agricultural residues that are currently being tackled in Greece as an environmental burden. Greece, due to the specific local geomorphological and climate characteristics is ideal for the exploitation of biomass in small and medium scale projects, because the available biomass potential from agricultural residues in the country is quite appealing. In the framework of this manuscript, the conventional and the modern/innovative gasification technologies are being presented and analysed. Moreover, the advantages of gasification and the partial reactions that take place are being presented. The characteristics of the available agricultural raw material and how their utilization affects the gasification chemistry and the nature of the gasification products, are a matter of development in the field of renewable energy. Promoting the research into this direction becomes clear. The purpose of this study focuses on the role of catalysis in biomass gasification technologies, and in particular on the possible upgrading by catalytic gasification of synthetic gas. Based on the sources of available biomass that are presented in the first chapters and the selection of a suitable gasifier, the role of catalysis in gasification, gas product upgrading, biomass purification and in the general use of this technology, promotes many applications of the synthesis gas. Applications other than the production of electrical and thermal energy mentioned are transport fuels, fuel cells, methanol production, fertiliser production, olefin hydroformylation, SNG, hydrogen production etc. There is an increasing interest in the use of agricultural residues for bioenergy production using gasification technology, as it can be a viable supply of biomass available at low cost, as agricultural residues are simply considered a by-product of the original land use necessity. Nowadays, great efforts are being made in order to investigate further the fundamentals of this technology, to optimize the operation and the products produced using suitable catalysts, as the interest in promoting small gasification units to cogenerate electricity and heat is now a global phenomenon. The positive experiences from the energy and environmental assessment of small-scale gasification technologies presented by South Tyrol - GAST project, Indonesia, Cuba, Sweden, Cambodia, the failed attempts in Thailand but also the choice of a different gasification project using biomass in the USA, unveils the potential future for gasification in the energy sector. Greece has made efforts in this direction and the presented projects can show the way for a rational use of biomass in the energy sector. This work is completed with an on-site monitoring and study of a small-scale gasification unit at the Centre for Research and Technology – Hellas (CERTH) and submits a proposal for the exploitation of the small and medium-scale gasification of agricultural residues, in Greece.
  14. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.