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バイオマスとは?長所と短所を知る

有機廃棄物を電気エネルギー、いわゆるバイオマスに変換することがどのように可能であるかを理解する

バイオマス

バイオマスは、木炭、薪、サトウキビのバガッセなど、エネルギーを生産する目的で使用される植物または動物由来のすべての有機物です。これは分散した低効率のエネルギー源であり、伝統的に発展途上国で使用されているため、世界のエネルギーマトリックスに対するこのエネルギー源の代表性に関するデータは一定に不足しています。ただし、ANEELのレポートによると、世界で消費されるエネルギーの約14%がこのソースからのものであり、Jornal Brasileiro de Pneumologiaによる別の調査によると、貧しい国の農村地域の世帯の90%がバイオマスの燃焼によるエネルギーを使用しています(特にサハラ以南のアフリカとアジアでは、木材、木炭、動物の糞尿、農業廃棄物)。

熱電プラントでのバイオマスの使用はますます増えており、孤立した農村コミュニティなど、電力供給ネットワークでカバーされていない地域に到達するために使用されています。バイオマスによる電気エネルギーの生成と熱の生成を促進し、生成システムのエネルギー効率を高めるコジェネレーションシステムの使用もますます一般的になっています。

コージェネレーションとは何ですか?

石炭や薪などのバイオマスは、熱電発電機の大部分を動かすものです。燃料の種類やエンジンに関係なく、これらの発電機は燃料に含まれるエネルギーのほとんどを熱の形で失います。平均して、熱の形で環境に失われるバイオマスエネルギーは、総燃料エネルギーの60%から70%に相当します。したがって、発電機の効率は約30%から40%です。

多くの建物や産業が(内部環境または水を加熱するために)加熱を必要とするため、発電で生成された熱が蒸気の形で製造プロセスに組み込まれるコージェネレーションシステムが開発されました。このシステムの主な利点は、加熱プロセスの燃料節約です。したがって、システムのエネルギー効率が向上し、燃料のバイオマスエネルギーの最大85%に達します。

ブラジルのバイオマス

現在、国内で発電用バイオマスとして利用される可能性が最も高い資源はサトウキビバガッセです。砂糖とアルコールの分野では大量の廃棄物が発生し、主に共生成システムでバイオマスとして使用できます。発電の可能性が高い他の植物品種はパームオイルで、1ヘクタールあたりの平均年間生産量はサトウキビ、ブリチ、ババス、アンディロバ。それらは、特にアマゾン地域の孤立したコミュニティでの電力供給の代替手段として表示されます。

サトウキビからエタノールを生産すると、サトウキビの約28%がバガッセに変わります。このバガッセは、低圧蒸気を生成するためにプラントで一般的に使用されるバイオマスであり、抽出装置の向圧タービン(63%)および発電(37%)で使用されます。植物を出る低圧蒸気のほとんどは、ジュースのプロセスと加熱(24%)および蒸留装置で使用されます。平均して、各デバイスは約12 kWhの電力を必要とします。これは、バイオマス残留物自体によって供給できる値です。電気の生産でバイオマスとして使用される可能性が高い他の農業残渣は、籾殻、カシューナッツの殻、ココナッツの殻です。

バイオマス変換ルート

バイオマスの供給源は、木質野菜(木材)、非木質野菜(糖類、セルロース系、でんぷん質、水生)、有機残留物(農業、工業、都市)、および生体液(植物油)に分類できます。バイオマス変換経路は多様であり、これらの変換技術のおかげで、エタノール、メタノール、バイオディーゼル、バイオガスなどのいくつかの種類のバイオ燃料を得ることが可能です。主なバイオマス変換プロセスは次のとおりです。

直接燃焼

木材やあらゆる種類の有機廃棄物(農業、工業、都市)などの材料は、エネルギーを生成するために燃焼にさらされる可能性があります。燃焼プロセスは、これらのバイオマス源の化学エネルギーを熱に変換することで構成されています。エネルギーの目的で、バイオマスの直接燃焼はオーブンとストーブで行われます。実用性にもかかわらず、直接燃焼プロセスは非常に非効率的である傾向があります。また、この工程で使用できる燃料は、一般的に湿度が高く(薪の場合は20%以上)、エネルギー密度が低いため、保管や輸送が困難です。

ガス化

これは、都市および産業の有機廃棄物および木材に適用される技術です。ガス化は、熱化学反応によって固体バイオマス源をガスに変換することで構成され、燃焼のための最小量未満の高温蒸気と空気または酸素が関与します。得られるガス組成は、一酸化炭素、水素、メタン、二酸化炭素、および窒素の混合物であるため、これらの比率は、プロセス条件、特に酸化に使用される空気または酸素に応じて変化します。 。このバイオマスの燃焼から生成される燃料は、固体燃料バージョンよりも用途が広く(内部燃焼エンジンやガスタービンでも使用できます)、クリーンです(硫黄などの化合物はプロセス中に除去できます)。それに加えて、ガス化から合成ガスを生成することが可能であり、これは任意の炭化水素の合成に適用することができます。

熱分解

炭化としても知られる熱分解は、バイオマス源(通常は木材)を、原料の2倍のエネルギー密度を持つ別の燃料(木炭)に変換する最も古いプロセスです。農業由来の有機残留物も頻繁に熱分解を受けます-この場合、残留物は事前に圧縮されている必要があります。この方法は、空気が「ほとんどない」環境で材料を加熱することからなる。熱分解は、産業部門で広く使用されている材料である燃料ガス、タール、パイロウッドも生成します。プロセスの結果は、元の材料の状態(量と湿度)とは大きく異なります。1トンの炭を生産するには、4〜10トンの薪が必要になる場合があります。

エステル交換

これは、2つのアルコール(メタノールとエタノール)と塩基(水酸化ナトリウムまたはカリウム)の反応から、植物油のバイオマスを中間生成物に変える化学的プロセスです。このタイプのバイオマスのエステル交換用の製品は、グリセリンとバイオディーゼルです。これらの燃料は、ディーゼルと同様の状態を示し、車内または固定用の内燃エンジンに適用できます。

嫌気性消化

熱分解と同様に、嫌気性消化は「ほとんど酸素がない」環境で行われなければなりません。元のバイオマスは、ほとんどすべての有機化合物で自然に発生するのと同じように、バクテリアの作用によって分解されます。動物の糞尿や産業廃棄物などの有機廃棄物は、バイオダイジェスターでの嫌気性消化(酸素の非存在下で発生する消化)によって処理できます。バクテリアの作用により、分解に必要な加熱が起こりますが、寒い地域や時間帯では、追加の熱を加える必要がある場合があります。嫌気性消化の最終生成物はバイオガスであり、これは本質的にメタン(50%から75%)と二酸化炭素で構成されています。発生した排水は肥料として使用できます。

発酵

これは、サトウキビ、トウモロコシ、ビート、その他の植物種などのバイオマス源に存在する糖をアルコールに変換する微生物(通常は酵母)の作用によって実行される生物学的プロセスです。バイオマス発酵の最終結果は、エタノールとメタノールの生産です。

バイオマスの適用性

バイオマスは再生可能なエネルギー源と見なされており、石油や石炭などの化石燃料の代わりに使用され、熱電プラントで発電し、再生不可能なプラントと比較して汚染ガスの排出量が少なくなっています。しかし、化石燃料ではないにもかかわらず、ある研究によると、バイオマスの燃焼は、有毒ガス、粒子状物質、温室効果ガスの世界最大の発生源の1つです。

森林、サバンナ、その他の種類の植物を問わず、広い地域を燃やす場合、硫黄の放出は雨水のpHの変化につながり、酸性雨の発生に寄与します。メタンと二酸化炭素の放出は温室効果の強化に寄与し、水銀の放出は水生体の汚染につながり、人の健康に有害な物質であるメチル水銀の形成を可能にします。

屋内でのバイオマス燃焼プロセスから生成された物質(薪ストーブ、暖炉など)への反復的かつ長期の曝露は、死亡の主な原因と考えられている子供の急性呼吸器感染症の増加と関連しています。発展途上国で。さらに、慢性閉塞性肺疾患、肺炎球菌症(ほこりの吸入によって引き起こされる疾患)、肺結核、白内障および失明の増加にも関連しています。サトウキビわらを燃やす場合、サトウキビ作物の周辺に住む人々は、年間を通して約6か月間、燃やされたバイオマスからのほこりにさらされます。

このため、国家環境評議会(コナマ)は、サトウキビバイオマスの外部燃焼による発熱過程からの大気汚染物質の排出制限を設定し、排出量の規制とバイオマスの燃焼に関連する社会環境への影響を軽減します。

バイオマスはまた、化石燃料自体、特に石油とは異なり、多種多様な材料から製造される可能性を提供し、市場に柔軟性と安全性を提供します。もう1つのポイントは、有機農業、産業、都市の廃棄物を使用して電力を生産する場合、単純な処分よりも「持続可能な」目的地を受け取っているということです。ある研究によると、ブラジルの農業残渣のほとんどはトウモロコシ、大豆、米、小麦であり、最初の2つはバイオディーゼルの生産に頻繁に使用される原材料です。

ブラジルは、バイオマス生産に利用できる広大な農地が存在するなど、バイオマスからのエネルギー生産に有利な条件があり、年間を通じて強い太陽放射を受けています。しかし、植物原料を直接使用する第一世代のバイオ燃料の生産には懸念があります。この場合、バイオ燃料は耕作地をめぐる農業部門との競争状況と戦う可能性があり、国民の食糧安全保障を危険にさらす可能性があります。広大な土地に関連するもう1つの問題は、環境保全の問題です。バイオ燃料は、農業との競争に加えて、環境保全を目的とした地域に圧力をかけることになる可能性があります。