6- منابع انرژی تجدید پذیر برای تولید برق: زیست توده

[pejuhesh232]

.

[najm143]

زیست توده (بیومس)

بیومس ماده اي ساخته شده از گیاهان و جانوران است و شامل انرژي ذخیره شده از خورشید است.

گیاهان انرژي خورشید را در فرآیندي که فتوسنتز نامیده می شود جذب می کنند. انرژي شیمیایی در گیاهان به حیوانات و انسان با خوردن این گیاهان منتقل می شود. بیومس یک منبع انرژي تجدید پذیر است زیرا همیشه گیاهان و درختان رشد می کنند و از آنها پسماند باقی می ماند.

چوب، محصولات کشاورزي، کود کشاورزي و برخی از زباله ها مثالهایی از سوختهاي بیومس هستند.
وقتی که آنها می سوزند انرژي شیمیایی در بیومس به صورت گرما آزاد می شود. اگر شما یک شومینه داشته باشید ، چوبی را که در آن می سوزانید سوخت بیومس می باشد. پسماند چوب یا زباله سوخته می شوند و تولید بخار براي ایجاد الکتریسیته می کنند و یا گرما را براي کارهاي صنعتی و یا خانه ها فراهم می کنند.

سوختن بیومس نه تنها انرژي آزاد می کند بلکه می تواند به انرژي مفید دیگر مانند گاز متان یا سوختها قابل انتقال مثل اتانول و بیودیزل تبدیل شود. گاز متان یکی از اجزاء اصلی گاز طبیعی است. موادي همانند فضولات و پسماندهاي کشاورزي و انسانی ، گازي آزاد می کنند که بیوگاز نامیده می شود. غلات همانند ذرت و نیشکر می توانند تخمیر شده و تولید سوخت حمل و نقل یعنی اتانول بنماید. بیودیزل دیگرسوخت حمل و نقل می باشد که از بقایاي محصولات غذایی همچون روغنهاي گیاهی و چربیهاي حیوانی به دست می آید. سوخت هاي بیومس داراي منافع زیست محیطی می باشد.

[najm143]

بعضی از منابع زیست توده



جنگل‌ها و ضایعات جنگلی

محصولات و ضایعات کشاورزی، باغداری و صنایع غذایی

فضولات دامی

فاضلاب‌های شهری و صنعتی

فاضلاب‌ها، پسماندهای آلی صنعتی

ضایعات جامد زباله‌های شهری

[najm143]

تولید برق از زباله به دو روش incineration و gasification



تولید برق از زباله به چندین روش ممکن است و هر کدام از این روش‌ها ویژگی‌های متفاوتی دارند. در این فیلم کوتاه به شکل ساده با فرآیند تبدیل زباله به برق از دو روش incinertion (زباله سوزی) و gasification (گازی سازی) آشنا می‌شویم.

زیست توده شامل زباله‌های زیستی قابل سوزاندن هم می‌شود، اما شامل مواد زیستی مانند سوخت فسیلی (نفت، گاز و…) که طی فرایندهای زمین‌شناسی تغییر شکل یافته‌اند، مانند زغال‌سنگ یا نفت نمی‌شود. اگرچه سوخت های فسیلی ریشه در زیست توده در زمان بسیار قدیم دارند، به دلیل اینکه کربن موجود در آن‌ها از چرخه زیستی طبیعت خارج شده‌است و سوزاندن آن‌ها تعادل دی اکسید کربن موجود در جو را برهم می‌زند، عنوان زیست‌توده به آن‌ها اطلاق نمی‌شود.

http://www.aelaa.net/Ersaal/5/2/Biomass4.mp4

[najm143]

تولید انرژی از فاضلاب و زباله



بيوگاز از تجزيه و تخمير زباله‌ها و ساير باقيمانده‌هاي كشاورزي، فضولات انساني، حيواني و فاضلاب‌هاي صنعتي و با تخمير بي‌هوازي مواد آلي بوسيله باكتري‌هاي بي‌هوازي بويژه متان‌ زا در يك محفظه تخمير و با توليد گاز متان بدست مي‌آيد. در هضم بی‌هوازی ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ کیلو وات ساعت در هر تن زباله‌تر، انرژی تولید می‌شود، بدین صورت که گاز متان حاصل شده با استفاده از ژنراتورهای گازی به برق تبدیل شده و وارد شبکه می‌شود. اين مخلوط گازي داراي ميزان ۶۰ -۷۰ درصد متان،۳۰-۴۰ درصد دي اكسيد كربن و مقادير ناچيزي از گازهاي ديگر مانند هيدروژن، نيتروژن، اكسيژن، منواكسيدكربن و سولفيد هيدروژن است و قسمت اعظم اين گاز از متان و دي اكسيدكربن تشكيل شده است ولي در عين حال نسبت تركيبات مختلف آن بستگي به نوع مواد اوليه و نيز تا حدودي به ميزان حرارت محيط و زمان توقف مواد در مخزن تخمير دارد.

براساس گزارش‌های منتشره در ایران سالانه نزدیک به ۲۰ میلیون تن انواع این زباله‌ها تولید می‌شود که در مجموع نزدیک به ۳۲۰ مگاوات ظرفیت کل تولید برق از طریق نیروگاه بیوگازی می‌باشد که تاکنون نزدیک به ۱۹ مگاوات تولید برق فعال می‌باشد و با سرمایه‌گذاری در این قسمت می‌توان ظرفیت نصب شده این نیروگاه‌ها را افزایش داد.

بیمارستان ها نه تنها از مصرف آب بالایی برخوردار هستند .استفاده از داروها ، فاضلاب آلوده ای را با مواد فعال به وجود می آورد. داروها به آسانی در آب محلول هستند و تاکنون بیش از 150 دارو در دریاچه ها و رودخانه ها کشف شده اند. محققان دانشگاه Bauhaus Weimar در آلمان سیستم فاضلاب جدیدی را ساختند که نه تنها باقیمانده داروها را کاهش می دهد بلکه باعث تولید انرژی نیز می شود.

https://youtu.be/b-VJl1QXK_I

[najm143]

تولید برق از زباله



همانطور که میدانیم تولید انرژی راه های متفاوتی دارد. امروزه با آلوده شدن محیط زیست ، تولید سوخت های پاک از اهمیت به سزایی برخوردار است . در این میان دانشمندان و فعالان محیط زیست به دنبال راهی جهت برگرداندن زباله های تولید شده به چرخه استفاده می باشند کشورهایی چون برزیل و آلمان در این امر چند گامی از دیگر کشور ها جلوتر هستند .

ما در این قسمت به انتشار ویدئویی پرداخته ایم که گاز حاصل از نیمه سوز شدن زباله را وارد یک موتور سوختی کرده و باعث چرخیدن یک ژنراتور می شود . با چرخیدن ژنراتور، برقی حدود 24 ولت تولید میشود که این جریان با دستگاه اینورتر به برق 220 ولت ، تبدیل می شود.

http://akro.ir/files/videos/2018/02/21/ ... 60.mp4?_=1

[najm143]

ساخت دستگاه تولید کود و برق از زباله تر در اصفهان



محققان یک شرکت دانش بنیان موفق به ساخت دستگاهی شدند که می تواند از زباله های تر، کود و برق تولید کند. این دستگاه در سه ظرفیت یک تن، سه تن و پنج تن طراحی شده است. سوخت موتور احتراق داخلی از گاز H2S که در فرایندی گوگرد زایی می‌شود تولید می گردد. در نتیجه با چرخش دینام ، برق تولید می گردد. به کمک این دستگاه از هر 5 تن زباله ، یک کیلو وات ساعت برق تولید می گردد.




http://www.iribnews.ir/files/fa/news/13 ... 76_918.mp4

[najm143]

تولید برق از ادرار؛ شیوه ای ارزان برای تامین روشنایی در مناطق محروم



پژوهشگران موفق شده اند به کمک ادرار بازیافت شده، برق لازم برای تلفن های همراه و لامپها را تامین کنند. تحقیقات در این باره از سه سال پیش آغاز شده و با کسب نتایج موفقیت آمیز، قرار است این پروژه بزودی در تعدادی از اردوگاههای پناهندگان در آفریقا اجرا شود.

برای مرکز بیوانرژی بریستول انگلستان ادرار یک سوخت مهم است. همه، از دانشجو گرفته تا طراح و تکنسین می توانند به این مرکز بیایند و ادرارشان را برای انجام تحقیقات علمی، اهدا کنند. این ادرارها جمع آوری و به آزمایشگاه منتقل می شود.

دکتر جاناتان وینفیلد معاون این مرکز، با نشان دادن قسمتی از ادرار جمع آوری شده و متصل به پیلهای سوختی میکروبی می گوید: «اینجا ما مقداری ادرار داریم که آن را داخل محل ادرار می ریزیم. از این لحظه، دیگر ادرار یک زباله مایع نیست بلکه ماده اولیه مورد نیاز پیل های سوختی میکروبی محسوب می شود. در درون این پیل های سوختی باکتری هایی وجود دارد که از این ادرار استفاده می کنند و به تجزیه شیمیایی آن و تولید الکترون می پردازند. ما این الکترون ها را به عنوان الکتریسیته و انرژی، ذخیره می کنیم. ما همچنین سیستمی داریم که با این الکتریسیته، موبایل ها را شارژ می کند.»

برای این کار باید میکروبهای زنده داشت یعنی میکروبهایی که از ادرار برای رشد خود تغذیه می کنند. به همین دلیل دانشمندان می گویند ادراری که هنوز تازه است، پتانسیل بیشتری برای تولید برق دارد.

این پیل های سوختی، هم از ادرار برای تولید برق استفاده می کنند و هم آن را به زباله ای پاک تبدیل می کنند.

دکتر توسین اوباتا، دیگر پژوهشگر مرکز بیوانرژی بریستول می گوید: «ما آبشاری از ۶ پیل سوختی میکروبی داریم. ادرار وارد اولین پیل می شود و سپس مرحله به مرحله از تمام پیل های سوختی می گذرد. انرژی تولید شده از طریق این پیل ها به رایانه منتقل می شوند و می توان به کمک دستگاه، مقدار ولتاژ برق تولید شده را دید.»

جشنواره موسیقی گلاستونبری انگلستان فرصت خوبی برای آزمایش نتیجه این تحقیقات در مقیاسی گسترده بود.
به این ترتیب در سالهای ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶ میلادی تیم هایی از مرکز بیوانرژی بریستول توالتهایی در محل برگزاری جشنواره نصب کردند. پیل های سوختی میکروبی نیز در همان محل نصب شدند. در این جشنواره که به مدت ۵ روز برگزار می شد حدود ۱۷۵ هزار نفر حضور داشتند.

به محض جمع آوری ادرار شرکت کنندگان جشنواره، پیل های سوختی میکروبی شروع به کار کردند و چراغ های همان توالتها از برق تولید شده توسط این پیل ها روشن شدند.

پروفسور یوهانس ایروپولوس، مدیر مرکز بیوانرژی بریستول می گوید: «ما این فناوری را آزمایش کردیم؛ با ابزاری مانند شارژ موبایل ها و با نصب پیل ها در محل ادرار. آزمایش ها نشان داد که امکان تولید انرژی به این شیوه حتی در محیطی دور از آزمایشگاه نیز بخوبی امکان پذیر است. به این ترتیب می توان گفت این سیستمی خودکفاست و می توان آن را در اردوگاه پناهندگان، در محله های فقیرنشین، در سکونتگاههای غیررسمی و هر جایی که هیچ زیرساخت و هیچ شبکه ملی وجود ندارد، به اجرا گذاشت.»

او می افزاید: «فناوری استفاده از ضایعات تغذیه برای تولید انرژی یک فناوری فوق العاده است زیرا ماده اولیه آن به فراوانی وجود دارد و در این باره هیچگاه کمبودی احساس نخواهد شد. این فناوری به سوختهای فسیلی یا چیز دیگری نیاز ندارد. تنها چیزی که نیاز دارد زباله های انسانی است که به عنوان منبع تامین الکتریسیته استفاده خواهد شد.»

از آنجا که پیل های سوختی میکروبی ابزاری ارزان قیمت هستند، انتظار می رود استفاده از این سیستم بسرعت گسترش یابد.
قرار است امسال از این روش تولید انرژی با همکاری سازمانهای بشردوستانه ای همچون آکسفام، در مناطقی از قاره آفریقا استفاده شود.

https://youtu.be/WV5tKkXVTI0?t=3

[najm143]

تولید برق از ادرار توسط چهار نوجوان نیجریه ای



شاید تولید برق از ادرار انسان کمی برایتان تعجب برانگیز باشد؛ اما چنین چیزی واقعا صحت دارد. چهار دانشجوی آفریقایی دستگاهی را ساخته اند که می تواند با استفاده از ادرار برق تولید کند. این دستگاه قادر است هیدروژن را از ادرار انسان خارج کند و به ازای هر لیتر ادرار ، ۶ ساعت برق تولید کند. یک انسان معمولا در طول یک روز دو لیتر ادرار دفع می کند. این دستگاه می تواند برای تولید برق در موارد اضطراری، دستگاه بسیار خوبی باشد.



البته نمونه اولیه این دستگاه معایبی هم دارد. سلول های الکترولیتی این دستگاه برای شروع کار خود، نیازمند برق هستند. در ضمن سوخت اصلی این دستگاه هیدروژن خالص است که ماده فراری است. به هر حال تلاش این چهار دانشجو با توجه به اینکه سن همه آن ها کمتر از ۱۵ سال است، قابل تحسین است.

در اینجا نحوه تولید برق به کمک ادار توضیح داده می شود :

- ادرار در یک سلول الکترولیتی قرار می گیرد که هیدروژن را از هم جدا می کند.

- هیدروژن برای تصفیه به داخل یک فیلتر آب می رود و سپس در یک مخزن ( مخزن خالی که قبلا در ان گاز R22 بوده است) ذخیره می گردد.

- سیلندر گاز هیدروژن تصفیه شده را به داخل سیلندر دیگری که حاوی بوراکس مایع است فشار می آورد تا رطوبت گاز از آن خارج شود. Borax یک ماده معدنی طبیعی است که معمولاً در مواد شوینده لباسشویی استفاده می شود.

- هیدروژن در مرحله آخر فرآیند به مولد برق منتقل می شود.

یک اشکال بزرگ این است که هیدروژن خطر انفجار را در پی دارد. اما دختران از دریچه های یک طرفه در سراسر دستگاه به عنوان یک اقدام ایمنی استفاده می کردند.

[najm143]

تولید انرژی الکتریکی و انرژی حرارتی به کمک خرده چوب



این نیروگاهها معمولا در نزدیکی مناطق جنگلی که خرده چوب و خاک اره زیاد ، بخاطر تولید چوب ایجاد می‌شود ، کارایی بیشتری دارد. در مخزن سوخت ، خرده چوب و خاک اره با هوا بطور کامل سوخته می شود و گازهای حاصل از این احتراق ، توربو ژنراتور گاز را به حرکت در آورده و انرژی الکتریکی تولید می نماید.

به کمک این دستگاه ( Power Pallet ، PP30) به حداکثر 80٪ راندمان بی سابقه انرژی حرارتی + انرژی الکتریکی دست یافته ایم. ما این کار را با سیستم CHP طراحی نموده ایم. عملکرد این دستگاه به این صورت است که برای تولید برق یک کیلووات ساعت به یک کیلوگرم زیست توده ( خرده چوب) نیاز است.
دستگاه فوق می تواند 25 کیلو وات برق تولید نماید.

همچنین دستگاه فوق تولید انرژی حرارتی نیز می نماید. با کمک انرژی حرارتی می توان برای گرمایش ، پخت غذا وووو استفاده نمود.

https://youtu.be/YeWMaq3Iog4?t=176

[najm143]

موتور استرلینگ با سوخت زیست توده



گاز استفاده شده در داخل موتورهای استرلینگ هیچ وقت موتور را ترک نمی‌کند و مانند موتورهای دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گازهای پر فشار را تخلیه می‌کند و محفظه احتراق وجود ندارد. به همین علت موتورهای استرلینگ بسیار بی صدا هستند.

چرخه استرلینگ از یک منبع حرارتی خارجی که می‌تواند هر چیزی از بنزین و انرژی خورشیدی تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندرهای موتور رخ نمی‌دهد. نتیجه خالص چرخه استرلینگ ،جذب گرمای |QH|در دمای بالا و دفع گرمای |Qc|در دمای پایین و تحویل کار |QH|-|Qc|=|W|به محیط است.

استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر چون ذرات ریز زیست‌توده در واحدهای کوچک تولید همزمان برق و گرما در موتور استرلینگ توسعه یافته است. در این واحدها سوخت زیست­ توده در یک محفظۀ احتراق خارجی سوخته و حرارت آن به سیال عامل سیکل استرلینگ داده می‌شود. از این‌رو فرایند احتراق ذرات نقش بسزایی در عملکرد سیکل استرلینگ داشته و شبیه‌سازی این گونه محفظه‌های احتراق به کمک دینامیک سیالات محاسباتی می‌تواند در بهینه‌سازی محفظۀ احتراق مفید بوده و اولین گام در طراحی این موتورها باشد.

با افزایش مقدار هوای ثانویه به میزان مشخصی می‌توان دمای گازهای خروجی را برای افزایش بازده موتور استرلینگ به میزان قابل ملاحظه‌ای افزایش داد. کاهش قطر ذرات احتراقی باعث افزایش تبخیر ذرات و نرخ احتراق شده، دما در خروجی را افزایش می‌دهد. افزایش میزان سرعت به هنگام تزریق ذره در ورودی میزان سوزش ذره احتراقی را کاهش داده چون مقداری از آن بدون سوزش کامل محفظه را ترک می‌کنند.

موتورهای استرلینگ بر اساس یک چرخه بسته ساخته شده اند ، جایی که گاز کار به طور متناوب در یک حجم سیلندر سرد فشرده می شود و در یک حجم استوانه ای گرم گسترش می یابد. مزیت موتور استرلینگ در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی این است که گرما با احتراق سوخت داخل سیلندر به چرخه تأمین نمی شود بلکه از خارج از طریق مبدل حرارتی به همان روشی که در دیگ بخار انجام می شود ، از چرخه خارج می شود. در نتیجه ، سیستم احتراق برای موتور استرلینگ می تواند مبتنی بر فناوری اثبات شده در کوره باشد ، بنابراین مشکلات مربوط به احتراق را کاهش می دهد. ورودی حرارت حاصل از احتراق سوخت از طریق مبدل حرارتی گرم و در دماهای بالا به گاز کارگر منتقل می شود.

موتور استرلینگ که در دانشگاه فنی دانمارک توسعه یافته است ، از هلیوم به عنوان گاز کار استفاده می کند.

موتور استرلینگ فوق برای تولید برق 35 کیلووات طراحی شده است. دستگاه فوق به کمک سوخت گیاه و همچنین گاز هلیوم کار می نماید.

مشکلات مربوط به استفاده از سوخت های زیست توده در ارتباط با موتور استرلینگ در انتقال گرما از احتراق سوخت به گاز کار شده متمرکز شده است. برای به دست آوردن توان و راندمان خاص قابل قبول ، دما باید زیاد باشد و مبدل حرارتی باید طوری طراحی شود که مشکلات مربوط به رسوب گذاری به حداقل برسد.

[najm143]

دستگاه گازی ساز زیست توده از نوع پایین سو



طراحی و ساخت دستگاه گازی‌ساز زیست توده (Biomass) از نوع پایین سو (Downdraft) با هدف دستیابی به دانش فنی تولید سیستم گازی سازی زیست توده (Biomass Gasification) به عنوان یکی از پربازده­ ترین روش های تولید انرژی از منابع انرژی تجدیدپذیر انجام شد.

در این فرآیند، زیست توده به گازی به نام گاز سنتز (Syngas) تبدیل می‌­شود که این گاز دارای ارزش حرارتی بالایی بوده و قابل استفاده در سیستم­ های تولید گرما و یا مولدهای تولید الکتریسیته به عنوان جایگزین سوخت‌­های فسیلی است.

با توجه به اینکه حجم عظیمی از پسماندهای کشاورزی، شهری و صنعتی در کشور بدون انجام هیچ‌گونه فرآیندی امحا یا دفن می‌شوند، فرصت مناسبی جهت استحصال انرژی از این منابع رایگان از دست می‌رود.

هم‌چنین ظرفیت بسیار بالای منابع انرژی تجدیدپذیر زیست توده همراه با گستردگی و تنوع بالا در سطح کشور، تولید انرژی از این منابع منجر به کاهش آلایندگی ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی می‌شود و در عین حال از نظر بازار مصرف کاملاً توجیه پذیر خواهد بود.

دستگاه ساخته شده دارای ظرفیت ۱۰ کیلووات حرارتی، با حجم مخزن ۵ کیلوگرم، قدرت دمنده ۵۵ وات و حداکثر حجم گاز تولیدی ۱۲۰ مترمکعب در ساعت است.

[najm143]

سیستم برگ خورشیدی



نمای زیست فعال برگ خورشیدی سیستمی است که از ریز جلبک‌ها و گرمای حرارتی خورشیدی برای تولید انرژی تجدید پذیر ساختمان استفاده می‌کند. برای تولید برق، زیست‌توده جلبکی در نما کشت می‌شود که همچنین به عنوان سایه‌بان ساختمان نیز استفاده می‌شود. این سیستم می‌تواند هم در ساختمان‌های در حال ساخت و هم بناهای موجود نصب شود و هر سال ۲.۵ تن انتشار دی‌اکسید کربن را جبران کند.

نصب این سیستم شامل ایجاد نمای ثانویه با تهیه یک لایه بیرونی راکتورهای تخت شیشه‌ای زیستی در کناره‌های ساختمان رو به خورشید است. این صفحات در امتداد محور عمودی خود برای ردیابی خورشید چرخش پذیرند و می‌توانند به یکدیگر نزدیک شده تا ضمن ایجاد یک لایه خارجی، عایق حرارتی تشکیل شود.

ریز جلبک‌ها در بیوراکتورهای شیشه‌ای تخت پرورش یافته و پوسته زیستی در نما تشکیل می‌دهند. صفحات داخلی راکتورهای زیستی دارای حفراتی است که امکان رشد جلبک‌ها را فراهم می‌کند. این راکتورهای زیستی می‌توانند ۴۵۰۰ کیلووات در ساعت برق از ۲۰۰ مترمربع نمای جلبکی فوتوراکتورهای یکپارچه تولید کنند.

مزایای سیستم برگ خورشیدی



• سیستم برگ خورشیدی در تمام طول سال قابل استفاده است. این سیستم کارایی ۱۰٪ برای تبدیل نور به زیست‌توده و ۳۸٪ برای نور به گرما دارد که نسبت به سیستم‌های فتوولتائیک و سیستم گرمایش خورشیدی مقرون به صرفه تر است.

• از زیست‌توده می‌توان برای تولید برق و گرما استفاده کرد، با این امتیاز که ذخیره‌سازی آن بدون هیچ‌گونه اتلاف انرژی صورت می‌گیرد.

• کشت ریز جلبک‌های مورد نیاز برای فرآیند به زمین اضافی نیاز ندارد و تولید برق فارغ از شرایط جوی ثابت باقی می‌ماند.

• کربن مورد نیاز برای تغذیه جلبک‌ها را می‌توان از هر فرآیند احتراقی تهیه کرد.

• راکتورهای زیستی همچنین می‌توانند به عنوان سایه‌بان‌های فعال عمل کنند زیرا میزان رشد جلبک‌ها به در دسترس بودن نور روز بستگی دارد؛ با رشد بیشتر جلبک‌ها سایه بیشتری برای ساختمان ایجاد می‌شود.

• راکتورهای زیستی می‌توانند زیست‌توده تولید کرده و همچنین گرمای حرارتی خورشید را محبوس کنند، بنابراین از دو طریق قادر به تأمین انرژی ساختمان هستند.

• این سیستم یک عایق صوتی برای ساختمان نیز تشکیل می‌شود.

• پس از دستیابی به نرخ رشد مشخص، برخی از جلبک‌ها جمع‌آوری و فرآوری می‌شوند تا برای تولید برق بیوگاز تولید شود و گرمای مورد نیاز در زمستان را تأمین می‌کند. دی‌اکسیدکربن آزاد شده پس از سوختن بیوگاز خوراک جلبک‌ها را فراهم می‌کند که یک چرخه از گرمای خورشیدی، زمین‌گرمایی، دیگ بخار متراکم و جذب زیست‌توده با استفاده از نمای راکتور زیستی ایجاد می‌شود.