Πέμπτη, 21 Νοεμβρίου 2013

Βιοαέριο & Κτηνοτροφία συνεπάγεται Αειφορία

         
Βιοαέριο & Κτηνοτροφία συνεπάγεται Αειφορία


Σε ολόκληρη την Ευρώπη η αναερόβια χώνευση (Α.Χ.) των αποβλήτων / υπολειμμάτων από αγροτοκτηνοτροφικές μονάδες, αποτελεί τον καθιερωμένο τρόπο απαλλαγής από τα απόβλητα με ταυτόχρονη παραγωγή, ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας με καύση του παραγομένου βιοαερίου σε μονάδες συμπαραγωγής (ΣΗΘ, Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού & Θερμότητας), και υψηλής ποιότητας λιπάσματος.

Η ηλεκτρική ενέργεια και η θερμότητα από τη συμπαραγωγή, όχι μόνον υπερκαλύπτουν τις ενεργειακές ανάγκες των ιδίων των μονάδων, αλλά η πώληση της περίσσειας τους αποφέρει σημαντικά έσοδα στις μονάδες. Σημαντικά έσοδα μπορούν να εξασφαλιστούν και από την πώληση του λιπάσματος.

Συνολικά στην Ευρωπαϊκή Ένωση οι μονάδες βιοαερίου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ξεπερνούν τις 4500 με κυρίαρχες στο χώρο αυτό τη Γερμανία και τη Μεγάλη Βρετανία, ενώ ο ρυθμός αύξησης των επενδύσεων στον τομέα του βιοαερίου είναι πολύ υψηλός.

Χαρακτηριστικά στην Ιταλία κατά τα τρία τελευταία χρόνια ο αριθμός των μονάδων βιοαερίου από αγροτο-κτηνοτροφικά απόβλητα/υπολείμματα έχει σχεδόν διπλασιαστεί: 273 μονάδες σε λειτουργία το 2010, έναντι 154 το 2007.

Σε χώρες, όπως η Σουηδία, η Γερμανία και η Ολλανδία και η Αυστρία, το παραγόμενο βιομεθάνιο αναβαθμίζεται και χρησιμοποιείται είτε ως καύσιμο μεταφορών (στη Σουηδία, π.χ., περισσότερα από τα μισά οχήματα που κινούνται με αέριο, χρησιμοποιούν βιομεθάνιο), είτε τροφοδοτείται στα δίκτυα φυσικού αερίου. Συνολικά οι μονάδες αναβάθμισης ξεπερνούν τις 70 στην Ε.Ε. Διαφαίνεται ότι μέχρι το 2030 το βιοαέριο θα έχει υποκαταστήσει το φυσικό αέριο σε ποσοστό έως και 20%.

Δυστυχώς η Ελλάδα, παρά το αξιόλογο δυναμικό αδιάθετων οργανικών αποβλήτων που διαθέτει δεν έχει παρά ελάχιστα αξιοποιήσει το βιοαέριο ως ΑΠΕ.

Σύμφωνα με συντηρητικές εκτιμήσεις του Κέντρου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΚΑΠΕ) υπολογίζεται ότι η Αναερόβια Χώνευση (Α.Χ) μόνον ζωικών αποβλήτων και αποβλήτων σφαγείων και γαλακτοβιομηχανιών θα μπορούσε να τροφοδοτήσει μονάδες συμπαραγωγής συνολικής ισχύος 350 MW με μέση ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας περίπου 1,2 ΤWhe.

Πέραν των οικονομικών, πολύ σημαντικά είναι και τα περιβαλλοντικά οφέλη από την αξιοποίηση των οργανικών αποβλήτων για την παραγωγή βιοαερίου. Πράγματι εκτιμάται (στοιχεία του ΚΑΠΕ) ότι η εκμετάλλευση όλου αυτού του δυναμικού μπορεί να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου μέχρι 3,7 εκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως, ποσότητα που αντιστοιχεί σε 1,2 εκατομμύρια τόνους πετρελαίου και είναι λίγο περισσότερη από αυτή που εκπέμπεται ετησίως από τη μονάδα της ΔΕΗ στο Λαύριο.

Σημαντικό, επίσης, περιβαλλοντικό πλεονέκτημα είναι η υποκατάσταση των χρησιμοποιούμενων στη γεωργία χημικών λιπασμάτων από το παραγόμενο κατά την ΑΧ λίπασμα, το οποίο είναι αυξημένης απόδοσης και φθηνότερο.

Συνεπώς, μέσω του βιοαερίου, μπορεί να εξασφαλιστεί η αειφορία της κτηνοτροφίας, όπως φαίνεται στο Διάγραμμα 1.


 


Παρά ταύτα, εξαιτίας των γνωστών γραφειοκρατικών κωλυμάτων και της μέχρι πρότινος χαμηλής τιμής πώλησης της ηλεκτρικής ενέργειας, η εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύς μονάδων βιοαερίου στην Ελλάδα δεν ξεπερνά τα 45 MW και αυτά κυρίως από τη χώνευση:

• απορριμμάτων σε Χώρους Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (ΧΥΤΑ Α. Λιοσίων και Ταγαράδων) και
• λυματολάσπης σε Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ Ψυτάλλειας).

Ο νέος νόμος 3851/2010 προβλέπει ιδιαίτερα συμφέρουσα τιμή πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας από βιοαέριο προερχόμενο από τέτοιου είδους απόβλητα/υπολείμματα (200-253€/ΜWh, ανάλογα με το μέγεθος της μονάδας και τη δημόσια επιχορήγηση της επένδυσης).

Επίσης, ο νόμος αυτός ευνοεί τις μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με βιοαέριο που έχουν εγκατεστημένη ηλεκτρική ισχύ έως 1 MW, αφού τις εξαιρεί από την υποχρέωση λήψης αδειών παραγωγής, εγκατάστασης και λειτουργίας, ενώ μονάδες έως 500 kW απαλλάσσονται και από την υποχρέωση έκδοσης απόφασης έγκρισης περιβαλλοντικών όρων (ΕΠΟ).

Με βάση τα νέα αυτά δεδομένα αναμένεται στο άμεσο μέλλον ιδιαίτερο ενδιαφέρον για επενδύσεις ΣΗΘ σε κτηνοτροφικές μονάδες, σφαγεία και μονάδες επεξεργασίας γάλακτος.
 


Τι είναι η Αναερόβια Χώνευση και το βιοαέριο

Η Αναερόβια Χώνευση (ΑΧ) είναι μια μικροβιολογική διεργασία αποσύνθεσης της οργανικής ύλης απουσία οξυγόνου. Είναι μια πολύ κοινή διεργασία στη φύση. Συμβαίνει, π.χ., στο στομάχι των μηρυκαστικών ή στα θαλάσσια ιζήματα, σε λίμνες, έλη, κ.α. Τα προϊόντα της ΑΧ είναι το βιοαέριο και το χωνεμένο υπόλειμμα.

Το βιοαέριο είναι καύσιμο αέριο που περιέχει μεθάνιο (CH4) σε ποσοστό 50-70%, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) σε ποσοστό που κυμαίνεται από 30-50% καθώς και ίχνη H2, O2, H2S, N2 και υδρατμών.

Η ΑΧ αποτελεί σημαντικότατη διεργασία για τον περιορισμό των εκπομπών αεριών θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα και μπορεί να συμβάλει ουσιαστική στην αειφόρο ανάπτυξη της κτηνοτροφίας.

Το χωνεμένο υπόλειμμα που παράγεται από τις μονάδες βιοαερίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν λίπασμα. Είναι 20% πιο αποδοτικό από το οργανοφωσφορικό λίπασμα που κυκλοφορεί στην αγορά, ενώ κοστίζει λιγότερο από το 20% της τιμής του. Η παραγωγή λιπάσματος εκτιμάται κατά μέσο όρο στο 10% της αρχικά επεξεργαζόμενης ποσότητας οργανικών αποβλήτων.

Η διεργασία της ΑΧ περιλαμβάνει τα ακόλουθα τέσσερα κύρια στάδια: υδρόλυση, οξεογένεση, οξικογένεση, και μεθανογένεση (βλ. βιβλιογραφία: εγχειρίδιο βιοαερίου).
 
 
Οι πιο κοινές κατηγορίες πρώτης ύλης (υπόστρωμα) για την παράγωγη βιοαερίου είναι οι ακόλουθες:

• Κοπριά (στερεή και υδαρής)
• Γεωργικά υπολείμματα και υποπροϊόντα
• Ενεργειακές καλλιέργειες (π.χ. σόργος, καλαμπόκι, τριφύλλι).
• Οργανικά απόβλητα τροφίμων και αγροτοβιομηχανιών
• Το οργανικό κλάσμα των αστικών αποβλήτων και των υπολειμμάτων εστίασης
• Λυματολάσπη σταθμών βιολογικού καθαρισμού αποβλήτων.

Το υπόστρωμα μπορεί να προέρχεται αποκλειστικά από ένα τύπο πρώτης ύλης (όπως οι ανωτέρω αναφερόμενοι) ή μπορεί να αποτελεί μίγμα περισσοτέρων τύπων (συγχώνευση ή συνδυασμένη χώνευση) π.χ. ζωικές κοπριές και οργανικά απόβλητα από βιομηχανίες τροφίμων ή ενεργειακές καλλιέργειες.

Η ζωική κοπριά (στερεή και υδαρής) αποτελεί απόβλητο της κτηνοτροφίας. Ωστόσο, ως υπόστρωμα (πρώτη ύλη) για την ΑΧ, έχει σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως:

• Περιεκτικότητα σε αναερόβια βακτήρια
• Υψηλό περιεχόμενο σε νερό που εξασφαλίζει καλή ανάμειξη και κατάλληλα ροϊκά χαρακτηριστικά της βιομάζας
• Χαμηλή τιμή και υψηλή διαθεσιμότητα και προσβασιμότητας.

Η πρώτη ύλη της ΑΧ ενδέχεται να περιέχει χημικούς, βιολογικούς ή φυσικούς μολυσματικούς παράγοντες. Επομένως, προκειμένου να είναι ασφαλής η χρήση του χωνεμένου υπολείμματος ως λίπασμα, είναι απολύτως αναγκαίος ο αυστηρός ποιοτικός έλεγχός της ύλης. Ο Κανονισμός 1774/2002 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου καθορίζει τους κανόνες υγιεινής για τη διαχείριση και τη χρήση των ζωικών υποπροϊόντων που δεν προορίζονται για ανθρώπινη κατανάλωση και μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία στις μονάδες βιοαερίου. Ο κανονισμός αυτός είναι διαθέσιμος στην διεύθυνση: http://europa.eu/legislation_summaries/food_safety/specific_themes/f81001_el.htm
Πολύ ενδιαφέρουσα εφαρμογή της ΑΧ μπορεί να γίνει στα τυροκομεία. Σε όλη την Ελλάδα υπάρχουν περισσότερες από 550 πιστοποιημένες μονάδες επεξεργασίας γάλακτος και πολλές άλλες μη πιστοποιημένες, οι οποίες παράγουν περισσότερους 300.000 τόνους τυρογάλακτος ετησίως. Το τυρόγαλα αποτελεί ένα εξαιρετικά δύσκολα διαχειρίσιμο απόβλητο, με μεγάλο ρυπαντικό φορτίο. Η ανεξέλεγκτη διάθεσή του σε φυσικούς αποδέκτες δημιουργεί σημαντικά περιβαλλοντικά προβλήματα και μολύνει τον υδροφόρο ορίζοντα.

Λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του, το τυρόγαλα μπορεί να αποτελέσει ιδανική περίπτωση για τη συγχώνευσή του με άλλα απόβλητα, όπως πχ βουστασίων ή χοιροτροφείων.

Τυπικές (μέσες) τιμές της απόδοσης σε βιοαέριο (m3/t) για διάφορους τύπους υποστρωμάτων δίνονται στον ακόλουθο πίνακα. (1 m3 βιοαερίου ισοδυναμεί τυπικά με 1,25kWh ηλεκτρικής ενέργειας).
 
 

 
H Τυπική εγκατάσταση παραγωγής βιοαερίου με ΑΧ

Μία μονάδα ΑΧ περιλαμβάνει τυπικά τα ακόλουθα στάδια/διεργασίες:

• Τροφοδότηση. Ανάλογα με τη φύση της πρώτης ύλης αυτή μπορεί να υφίσταται κάποια προκατεργασία (θραύση/ τεμαχισμός, κλπ) ή/και προσωρινή αποθήκευση. Οι αντλήσιμες πρώτες ύλες τροφοδοτούνται σε μια αρχική δεξαμενή στην οποία ομογενοποιούνται υπό ανάδευση και θέρμανση και στη συνέχεια αντλούνται προς τη δεξαμενή ΑΧ. Η στερεά πρώτη ύλη τροφοδοτείται στη δεξαμενή ΑΧ μέσω ατέρμονος κοχλία.
• Αναερόβια χώνευση. Πραγματοποιείται σε δεξαμενές ειδικά κατασκευασμένες από οπλισμένο σκυρόδεμα, ώστε να είναι αεροστεγείς. Διαθέτουν εσωτερικό σύστημα θέρμανσης, ενώ εξωτερικά είναι μονωμένες. Η πλήρης ανάμειξη της πρώτης ύλης εξασφαλίζεται με κατάλληλο κατά περίπτωση σύστημα αναδευτήρων. Η οροφή των δεξαμενών ΑΧ είναι συνήθως ειδικού τύπου και χρησιμεύει ως αεριοφυλάκιο. Εκεί οδηγείται με κατάλληλο σύστημα σωληνώσεων το παραγόμενο από τη ζύμωση βιοαέριο μετά την απομάκρυνση τυχόν συμπυκνωμάτων. Η πίεση στη δεξαμενή ελέγχεται μέσω βαλβίδων.
• Μεταχώνευση/Αποθήκευση υπολείμματος ΑΧ. Το υπόλειμμα από την ΑΧ οδηγείται συνήθως σε μια δεξαμενή αποθήκευσης, όπου μπορεί να υποστεί και περαιτέρω ΑΧ. Το παραγόμενο βιοαέριο αποθηκεύεται στην κατάλληλα διαμορφωμένη οροφή της. Το τελικά χωνεμένο υπόλειμμα μπορεί με κατάλληλο μηχανικό διαχωρισμό να ξεχωρίσει σε υγρό και στερεό λίπασμα. Το στερεό μπορεί να συσκευασθεί και να διατεθεί στο εμπόριο, ενώ το υγρό χρησιμοποιείται για απευθείας υγρή λίπανση αγρών.
• Συμπαραγωγή Ηλεκτρικής και Θερμικής ενέργειας. Από το αεριοφυλάκιο το βιοαέριο τροφοδοτείται συνεχώς ως καύσιμο στη μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας.
• Αναβάθμιση. Εναλλακτικά το παραγόμενο βιοαέριο με κατάλληλη επεξεργασία μπορεί να αναβαθμιστεί σε φυσικό αέριο, το οποίο είτε εγχέεται στο δίκτυο, είτε χρησιμοποιείται σαν καύσιμο οχημάτων.
• Σύστημα ελέγχου και Αυτόματης ρύθμισης των διεργασιών.
 
 
Κόστος Επένδυσης

Το κόστος επένδυσης για την κατασκευή μιας μονάδας βιοαερίου σε κάποια κτηνοτροφική μονάδα είναι σχετικά υψηλό και φυσικά εξαρτάται από το μέγεθος της μονάδας. Ωστόσο οι τιμές πώλησης του ρεύματος που εξασφαλίζονται από το Ν.3851/2010 επιτρέπουν την ταχεία απόσβεση του κόστους επένδυσης.

Τυπικά μια μικρή μονάδα μπορεί να κοστίζει 4.000 – 5.000 €/kW, όμως το κόστος αυτό μπορεί να μειωθεί σημαντικά κάτω από τις 3.000 €/kW για μεγαλύτερες μονάδες.

Το μικρό μέγεθος των κτηνοτροφικών μονάδων στην Ελλάδα είναι ίσως ανασταλτικός παράγοντας για μεμονωμένες επενδύσεις. Όμως η κατάσταση μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά, αν η εγκατάσταση που θα κατασκευαστεί αφορά πχ τα απόβλητα συνεταιρισμών (πολλές ίδιες κτηνοτροφικές μονάδες) ή μπορεί να αποτελεί μονάδα συγχώνευσης αποβλήτων από πολλές διαφορετικές μονάδες (π.χ. βουστάσιων, χοιροστασίων ή πτηνοτροφείων, μαζί με υπολείμματα αγροτικών καλλιεργειών και απόβλητα τυροκομείων).

Τυπικά για την περίπτωση βουστασίων οι μονάδες βιοαερίου είναι οικονομικά αποδοτικές για εγκαταστάσεις (μία ή περισσότερες μαζί) με 600-700 ζώα και πολύ συμφέρουσες για εγκαταστάσεις με περισσότερα από 3000 ζώα.

Σημαντική επίδραση στη μείωση του χρόνου αποπληρωμής της επένδυσης μπορεί να παίξει επίσης η δυνατότητα πώλησης της θερμικής ενέργειας από τη συμπαραγωγή, αλλά και του λιπάσματος (χωνεμένο υπόλειμμα).

Τέλος, πολύ μεγάλου οικονομικού ενδιαφέροντος μπορεί να είναι και η χρήση μονάδων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού, θερμότητας και ψύξης (trigeneration), εφόσον είναι δυνατή η αξιοποίηση και των τριών μορφών ενέργειας στην εγγύς της μονάδας περιοχή.

Στην Ελλάδα ιδιαίτερο ενδιαφέρον για ανάπτυξη μονάδων βιοαερίου σε κτηνοτροφικές εγκαταστάσεις έχουν οι περιοχές της Βόρεια και Κεντρικής Ελλάδας, όπου είναι συγκεντρωμένο το μεγαλύτερο ποσοστό του δυναμικού της Ελληνικής κτηνοτροφίας, άρα και οι μεγαλύτερες ποσότητες αποβλήτων για την παραγωγή βιοαερίου από αυτά.
 

Συμπεράσματα

Το βιοαέριο αποτελεί μια πολύ ενδιαφέρουσα μορφή ΑΠΕ που, όμως, στη χώρα μας έχει βρει ελάχιστη εφαρμογή. Μέχρι σήμερα το ενδιαφέρον για επενδύσεις βιοαερίου σε κτηνοτροφικές μονάδες ήταν ιδιαίτερα μειωμένο.

Παρά ταύτα, η εφαρμογή του Ν.3851, σε συνδυασμό με τα μεγάλα πλεονεκτήματα που διαθέτει το βιοαέριο (όπως: πχ μείωση της ρύπανσης από τα ζωικά απόβλητα, αποκεντρωμένη και κατανεμημένη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, απεξάρτηση της χώρας από τα ορυκτά καύσιμα, μείωση των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου, ενίσχυση εισοδήματος αγροτών, παραγωγή οικολογικού λιπάσματος, κλπ), μπορούν να εξασφαλίσουν την αειφορία της ελληνικής κτηνοτροφίας, όπως άλλωστε στις περισσότερες χώρες της ΕΕ.

Συνεπώς, μόλις οι οικονομικές συνθήκες στην Ελλάδα αλλά και διεθνώς σταθεροποιηθούν, αναμένεται ραγδαία αύξηση του ενδιαφέροντος για επενδύσεις στο χώρο αυτό.

Προς το παρόν ενδιαφέρον εκδηλώνεται από επενδυτές που διαθέτουν κεφάλαια και μπορούν να «διαβάζουν» το μέλλον.
 
Zookomos/ Δρ. Κωστής Μαγουλάς | Χημικός, Μηχανικός & Οικονομολόγος.
Καθηγητής Σχολή Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π.
 
 
πηγή: http://www.pierialife.gr/

 

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου