: تجدیدپذیر های انرژیتوده (biomass)زیست

1

کهربائی : ایمان دانشجو1395پائیز

بسمه تعالي

:مقدمه انرژی به نیاز پذیر تجدید انرژی در پاک انرژی گذاری 2015-2014سرمایه بخش در گذاری سرمایه بیشترین با های کشور

پاک 2015انرژی

2

مهقد

م

3

در پاک انرژی گذاری -2014سرمایه2015

  واحد 2014 2015گذاری سرمایه

) تجدید ) انرژی و درسوختها سالیانه جدید گذاری سرمایهپذیر آمریکا دالر میلیارد 273 285.9

نیروهیدرو از غیر به پذیر تجدید های انرژی ظرفیت وات گیگا 665 785

پذیر تجدید های انرژی کل ظرفیت وات گیگا 1701 1849پاور هیدرو ظرفیت وات گیگا 1036 1064

پاور بیو ظرفیت وات گیگا 101 106پاور بیو سالیانه تولید ساعت وات تترا 429 464

گرمایی زمین انرژی نیرو تولید ظرفیت وات گیگا 12.9 13.2خورشیدی پنلهای انرژی نیروگرمایی ظرفیت وات گیگا 177 227

خورشیدی های کننده متمرکز نیرو ظرفیت وات گیگا 4.3 4.8باد نیرو ظرفیت وات گیگا 370 433

گرماخورشیدی گرم آب ظرفیت ) ( گرمایی وات گیگا 409 435

جابجایی) ( سالیانه اتانول تولید لیتر میلیارد 94.5 98.3

) سالیانه ) دیزل بیو تولید لیتر میلیارد 30.4 30.1

4

انرژی بخش در گذاری سرمایه بیشترین با های کشور2015پاک

  1 2 3 4 5

سرمایه گذاری در نیرو و سوخت های تجدید پذیر )غیر از هیدرو(

چین آمریکا ژاپن بریتانیا هند

سرمایه گذاری در نیرو و سوخت تجدید پذیر)بر (GDPاساس

موریتانیا هندوراس اروگوئه مراکش جامائیکا

انرژی زمین گرمائی ترکیه آمریکا مکزیک کنیا آلمان/ژاپن

انرژی هیدور چین برزیل ترکیه هند ویتنامانرژی پنل های خورشیدی چین ژاپن آمریکا بریتانیا هند

نیرو متمرکز کننده های خورشیدی مراکش آفریقا جنوبی

آمریکا - -

انرژی باد چین آمریکا آلمان برزیل هندآبگرم خورشیدی چین ترکیه برزیل هند آمریکا

تولید بیو دیزل آمریکا برزیل آلمان آرژانتین فرانسهتولید اتانو;ل آمریکا برزیل چین کانادا تایلند

5

توده زیست منابع

زیست منابعتوده

چوبی منابع

جنگلی بقایایبری چوب کارخانجات بقایای

بیشه و اراضی کردن تمیز از ناشی خاشاکشهری های زباله و زارها

) ( ساله چند و یکساله زا انرژی محصوالت

دامی فضوالت

( علف آبی، های سنبل ها، جلبک آبزی گیاهان) ها خزه و دریایی های

کشاورزی جنبی محصوالت

کشاورزی تبدیلی صنایع جانبی محصوالتهای زباله منابع

شهری شهری های زباله جنبی محصوالت

های توده زیستکشاورزی

6

توده زیست برداشتبرداشت های ماشین انواع

دستی مو;تور-پانچر فلنچر بزرگ فو;روارد کو;چک فو;رواردرپیمانکار

7

کنی خرد اندازه یک قطعات نقل و حمل هزینه کردن خرد نیاز مورد انرژی

8

کردن غربال دسته چند یا دو به مواد جداسازی بزرگ بسیار مواد گرفتن ریز بسیار مواد کردن جدا مسطح لرزشی دوار استوانهی

9

نیاز مورد انرژی مطلوب نهایی اندازه کردن خرد روش استفاده مورد های ماشین تنظیم توده زیست نوع رطوبتی محتوای پایه چگالی کردن خرد سرعت حرارت درجه

10

سازی قرص و سازی قالب انبار سازی آسان اکسترودر پیستونی اکسترودر مکانیکی پیستون پرس هیدرولیکی پیستون پرس هلیسی اکسترودر قالبی ساز فشرده دستگاه

11

پیستون پرسمکانیکی

المنت حرارتی

هلیس

فشار پیستون

ورودی

بریکت خروجی

موتور الکتریکی

مهقد

م

12

هیدرولیکی پیستون پرس

. 1جدول میدهد نشان را مارپیچ اکسترودر پرس و پیستون پرس بین تفاوتهاي

مارپیچ اکسترودر پیستون پرس پارامترها

درصد 9-8 درصد 15-10 رطوبت بهینه میزانخام مواد

پیچ مورد در زیاد و چکش مورد در کمقالب

قطعات سایشسیستم

پیوسته کوبش در از خروجیماشین

تن / 60 وات کیلو تن / 50 وات کیلو برق مصرف4/1-1 / متر سانتی گرم

مکعب 2/1-1 / متر سانتی گرم

مکعب زغال دانسیته

فشرده

کم زیاد نگهداري

خوب خیلی نیست خوب چندان

اشتعال کاراییبریکت

ساخته خوبی چوب زغالمیشود نیست ممکن زغال; به تبدیل

چوب

مناسب نیست ممکن براي مناسبکاربراتور

همگن همگن غیر بریکت همگنی

مهقد

م

خروجی بریکت

گرمائی المنت

نگهدارندهساختار

پرسهلیس

ورودی قیف

پولی

الکتریکیموتور

تسمه

برای پنوماتیکی سیلندربرش

برش تیغ

پرس پیستونهلیسی

12

مهقد

م

14

پرس ورودی باربیکیو

زغال خاک

پرس غلطک

بریکت

هلیسموتور

مهقد

م

موتور غلطک

15

مه کورهقد

م

16

توده زیست کردن خشک رطوبت تبخیر و دما افزایش برای نیاز مورد گرمای است هیدروژن اتم مقداری محتوی توده زیست تبخیر سرعcت و میزان کننده تعیین عوامل

توده زیست نوع با همراه محیطی شرایط بافت ساختمان

باز فضای در چوبی تودهی زیست کردن خشک

17

کردن انبار سوخت کیفیت نهایی رطوبت محتوای کل نهایی انرژی محتوای انرژی منبع اطمینان قابلیت اولیه رطوبت محتوای انبارداری دورهی طول

18

توده زیست احتراق اصول احتراقی شکل ترین قدیمی زمان هم فرایند چندین شیمیایی تجزیه کربن یا زغال میسوزند که هستند گازها تنها کربن منوکسید گازهای واسط، مهم )co)عناصر هیدروژن( ( H2و

19

بیومس تبدیلترموشیمیائی

o( حرارتی (pyrolysisتجزبهoاحتراقo( گازی (gasificationتبدیل

فیزیکوشیمیائی شیمیائی بیو

ترموشیمیائی تبدیل از حاصل نیروی و گرماتوده زیست

تجزیه حرارتی گازی تبدیل احتراق

زغcال روغن زیستی

قابل گازاحتراق گرما

باربیکیوصنعت متالوژ

ی موتور توربین گاز

اجاق بویلرهیزمی

مهقد

م

20

توده زیست از انرژی استحصال سیستمهای و ها : فناوری

21

گرما آوریهای فن( thermochemical: )شیمیایی

مستقیم صنعتی(  : Direct Combustion  )احتراق و خانگی کاربری شاملبخار( Pyrolysisآتشکافت : ) با آتشکافت و معمولی روش با آتشکافت  (  : کردن سازی( Gasificationگازی گازی و معمولی دمای در ساده سازی گازی

باال    دمای در پالسما

22

مستقیم احتراق خانگی :کاربری

تجاری واحدهای و مسکونی واحدهای نیازهای تأمینپز، و پختمسکونی فضای گرمایش برای الزم گرمای .) رنگرزی ) آهنگری، سفالگری، دیگر کاربردهای برخی و مصرفی گرم آب

: صنعتی کاربریکاه، ) باغی و کشاورزی بقایای چوبی، پسماندهای و چوب شامل کاربری این در مناسب توده زیست منابع

) شهری زباله های و درختان ساقه پوست نی، ترکه ها، سرشاخه ها، خشک برگ سبوس،

23

سوزها زباله ها زباله وزن و حجم در زیاد کاهش فلزات بازیافت امکان خطرناک زائدات اکثر رفتن بین از برق صورت به انرژی بازیافت امکان

شده آزاد گرمای از حرارت یا و

24

زباله مختلف انواع در را زیر مواد میتوان طورکلی بهسوزاند :سوزها

سوزاند سوزها زباله مختلف انواع در را زیر مواد میتوان طورکلی :به شهری های زباله آلی شیمیایی مواد پرتوشناسی مواد بیولوژیکی مواد گرفتنی آتش مواد منفجرشدنی مواد فاضالب های خانه تصفیه از حاصل لجن

25

از عبارتند آنها از برخی که دارند متعددی مزایای :زباله سوزی

نیروگاه حجم کاهش زباله حجم کاهش زباله حجم سریع کاهش خطرناک زباله های دفع هزینه ها کاهش سطحی آبهای آلودگی خطر رفتن بین از بو رفتن میان از گلخانه ای گازهای میزان کاهش هوا آالینده های میزان کاهش موذی جانوران زیستگاه رفتن بین   از

26

انرژی تولید در که سوزی زباله های تکنولوژی انواعشوند می :استفاده

) ای ) مرحله چند احتراق اکسیژن کمبود با احcتراق) ای ) مرحله تک ای توده احترcاق

شناور بستر روش به احترcاقزباله سوزها   انواع دوار کوره روش به احترcاق

باز (Open Burning )  سیستممحفظه ای ) تک (Single Chamber Incineratorsزباله سوزهای

روباز ) (Open-pit Incineratorزباله سوزهایمحفظه ای ) چند (Multiple-Chamber Incineratorزباله سوزهای

کنترcل شده ) هوای کوره های با (Air Controlled Incineratorزباله سوزلجن ) زباله سوزی (Sludge Incineratorواحدهای

دوار    کوره تکنولوژی با زباله سوز

27

حرارتی (pyrolysis)تجزیهحرارتی تجزیه

زیست سریعتوده

خشک کردن

کردن خرد

وراکت

ر ونکل

سی سرمایو شجمع آوری

راکتور

رماگ

آرام حرارتی تجزیه) کردن) کربنیزه

12w% زغال75w% روغن

زیستی13w% گازها

30w% زغال35w% tar

35w% گازها

روغن زیستی tar

سین گاز

چرخه گاز

شناوری گاز

گرمایش خشک برایکن

مهقد

م

28

فرآیند برای گوناگونی رآکتورهایآتشکافت

ثابت 1. بستر (fixed bed reactors) راکتورهای

.2 ( متحرک بستر (moving bed reactorsراکتورهای

.3( معلق بستر (suspended bed reactorsراکتورهای

.4 ( سیال بستر (fluidized bed reactorsراکتورهای

ساکن ) 5. بستر با ایستا (stationary vertical shiftراکتور

.6 ( شیبدار دوار (Inclined Rotating Klinکوره

.7 ( افقی (    Horizontal Klinکوره

29

کردن ( :Gasification )گازیسازی گازی های :تکنولوژی

.1   :  سه و دارند وجود عمودی و افقی صورت دو به ً معموال گازسازی راکتورهای ساده گازسازیدارند طراحی نوع

ثابت- • بسترسیال- • بسترکشیده- • بستر

پالسما 1. گازسازی

30

: پالسما سیستم مزایایپیش 1. فرآیند حداقل با مایع و جامد مواد از وسیعی طیف روی بر عملکرد توانایی

فرآوری پیش فرآیندهای به نیاز بدون موارد بسیاری در و فرآوریدر 2. آنها از استفاده قابلیت که ضایعات از وسیعی طیف روی بر عملکرد توانایی

. باشد نمی موجود سوزها زباله.3. فروش قابل جانبی محصوالت ایجادهوا 4. در معلق ذرات و خاکستر پخش عدم ها، لندفیل توسعه از جلوگیریهای 5. سایرسیستم به نسبت بحال تا محیطی زیست سوء اثرات گزارش عدم

شیمی گرما

31

: بیهوازی هضم

32

بدین   بیوگاز تولید برای اولیه منابع: هستند شرح

.1  دامی فضوالت

گیاهی 2. بقایای

و  3. غذایی پسماند هایفسادپذیر آلی مواد

.4  فاضالبها آلی مواد

پسابهای 5. و پسماندها   کشاورزی فرآورده های

33

: بیوگاز تولید مکانیسم : به مواد این تبدیل و نامحلول و پیچیده آلی مواد هیدرولیز اوّل مرحله

محلول ترکیبات : اسیدساز باکتریهای وسیله به اول مرحله آلی ترکیبات دوّم مرحله

شود می تولید آلی اسیدهای و شده شکسته : مرحله در شده تولید اسیدهای و آلی ترکیبات تمام سوّم مرحله

گردند . می تبدیل بیوگاز به ساز متان باکتریهای توسط اسیدسازی

34

  و  شیرابه مهار برای زباله دفن محل دهنده تشکیل اجزایگاز

پی 1.

ناپذیر  2. نفوذ الیه

شیرابه 3. آوری جمع سیستم

گاز 4. جمع آوری سیستم

نهایی 5. پوشش

شیرابه  6. تصفیه

35

دیزل بیوهای روغن و حیوانات چربی گیاهان، روغن از که است جایگزینی سوخت بیودیزل

. ... ای عده البته است شده ساخته و خوراکی های روغن و خودرو از بازیافتی. شناسند می زیستی« »سوخت عنوان به را بیودیزل

36

دیزل بیوبيوديزل عبارت است از تركيب استرهاي مونوالكيلي زنجيره بلند اسيدهاي چرب

حاصل از واكنش يك الكل با مواد ليپيدي تجديدپذير در اغلب موارد، مهمترين

منابع تامين ليپيدهاي تجديدپذير را چربي هاي حيواني و روغن هاي نباتي تشكيل

مي دهد.

بخش عمده اين روغن ها را تري گليسيريد ها تشكيل مي دهند. لذا، در اثر انجام

اين واكنش عالوه بر استر، محصول ارزشمند ديگري به نام گليسيرين نيز حاصل

ميشود.

37

: بیودیزل سودمند خصوصیاتاست 1. تجدید قابل سوخت یک بیودیزلاست 2. مفید و سودمند انرژی یک بیودیزلاست 3. دیزلی خودرهای در دیزل سوخت برای مناسب جایگزینی بیودیزلکرد 4. استفاده آن از توان می دیزلی خودروهای تمام در تغییر کوچکترین بدون.5 . نیز را هوا در موجود سمی مواد همچنین دهد می کاهش را ای خانه گل گcازهای انتشار بیودیزل

همینطور..6. است مناسب پذیر نفوذ و حساس های محیط برای و است مخرب غیر و سمی غیر بیودیزل.7. شود می ساخته طبیعی تجدید قابل منابع و ازکشاورزی امریکا متحده ایاالت در بیودیزلمطالعه 8. دقت به را راهنما این شما کcه شرطی به باشد، آسان تواند می دیزل بیو از استفاده

کنید.

38

بیودیزل

39

میشود؟ ساخته چگونه بیودیزل ( - ً معموال الكل یك با میشوند خوانده استر كه شیمیائی تركیبات تولید برای میتوانند گیاهی روغنهای

. شوند( تركیب متانولشوند می خوانده بیودیزل میگیرند، قرار استفاده مورد سوخت منظور به استرها این زمانیكهنام با فرایندی طی .Trans esterificationبیودیزل شود تولید . گل دانه، پنبه زمینی، بادام هستند خوبی ذخایر و منابع نیز سوخته روغن و حیوانی بالاستفاده چربیهای

. ) دیگرند ) روغنی منابع از نیز روغنی شلغم دانه از گونهای كنوال و گردان آفتاباكتان ) مشابه ستان عدد انرژی میزان در شاید گرچه اند شده ساخته منابع این از یك هر از كcه استرهایی

مورد( گcازوئیلی موتورهای در موفقیت با میتوانند اما باشند متفاوت كمی فیزیكی مشابهات دیگر یا بنزین. گیرند قرار استفاده

40

استراسترها غالبا فرار و معطرند و برخی از آنها در میوه های رسیده یافت می شوند.. چربیها و روغن ها و

موم هایی که در طبیعcت یافت می شوند، حاوی استرهایی با جرم مولکولی باال می باشند که به لیپید موسومند.

برای سنتز استر چندین روش مختلف وجود دارد: نام دارد Fischer esterification- واکنش الکل و اسید: یکی از روش های تولید استر، که 1 - واکنش الکلیز بین آسیل کلریدها و انیدرید اسیدها: طبق واکنش زیر استر تولید می گردد.2 RCOCl + R'OH → RCO2R' + HCl (RCO2)O + R'OH → RCO2R' + RCO2H

: در این واکنش، یک استر به استر دیگری تبدیل Transesterification- واکنش ترنس استریفیکاسیون 3 می گردد.

- واکنش کربونیل دار کردن 4 + C2H4- اضافه کcردن کربوسیلیک اسید ها به آلکن ها: واکنش این روش به صورت زیر می باشد. 5

CH3CO2H + 1/2 O2 → C2H3O2CCH3 + H2O

41

گلیسیرینالکل سه عاملی است که به هر نسبتی در آب حل می شود؛ ولی در

اتانول و دیگر حالل های آلی بسیار کم محلول است.

گلیسرول در طبیعت بیشتر به صورت ترکیب با اسیدهای چرب است که اسید چرب ۳ یا ۱چربی را می سازد. برای نمونه یک مولکول گلیسرول با

.مونوگلیسرید یا تری گلیسرید را می سازد؛ مانند روغن نباتی و ...

42

استريفيکاسيوناستر متيل به و داده واکنش متانول با سولفوريک اسيد کاتاليست حضور در آزاد چرب اسيدهاي

. شد تبديلو بيوديزل محصوالت پتاسيم هيدروکسيد بازي کاتاليزور حضور در متانول و روغن واکنش، از

. گرديد توليد گليسيرين

43

چرب اسیداسید چرب یک اسید کربوکسیلیک است که دارای زنجیره بلند و

خطی آلیفاتیک می باشد. این زنجیره ممکن است از جنس چربی اشباع شده یا چربی اشباع نشده باشد. اسید چرب می تواند به

کربن( باشد در حالی که اسیدهای چربی ۴کوتاهی اسید بوتیریک )با ۸که از چربی ها و روغن های طبیعی ساخته می شوند حداقل دارای

کربن می باشند مثل اسید کاپریلیک.( اسیدهای چربی که پیوند دوگانه کربن–کربن دارند، با نام اشباع ۱

نشده نام گرفته اند.( اسیدهای چرب بدون پیوند دوگانه با نام اشباع شده نام گرفته اند.۲

44

چربی غیر اشباعوقتی که پیوند مضاعف وجود داشته باشد، اتمهای هیدروژن وجود

ندارند. بنابراین یک چربی اشباع هیچ پیوند مضاعفی ندارد، و دارای حداکثر تعداد پیوندهای هیدروژنی به کربن ها است، و بنابراین با

اتم های هیدروژن به اصطالح "اشباع" شده است. چربی غیراشباع در موادی همچون آجیل، غذاهای دریایی، روغن

زیتون، تخم مرغ، سویا و آوکادو یافت می شود. فرآورده های گوشتی هم دارای چربی اشباع شده هستند و هم دارای چربی غیراشباع

هستند. برخالف چربی اشباع شده، چربی غیراشباع در دمای اتاق به صورت مایع است.

45

چربی اشباعچربی اشباع به چربی گفته می شود که شامل تری گلیسریدهایی است که تنها حاوی اسیدهای چرب

اشباع هستند.

ازجمله مواد غذایی که حاوی نسبت باالیی از چربی اشباع هستند می توان به محصوالت حیوانی نظیر خامه، پنیر، کره، روغن، پیه و چربی خوک اشاره کرد، اما در برخی از محصوالت گیاهی نیز، همانند

روغن خرما، نارگیل و پنبه دانه یافت می شود.

46

اسید های چربنام اسيد

چرب اشباعفرمولشيميای

ی

وزنملکول

ی

نقطه ذوب

◦(c)

مواد غذاییدارای اسيدچرب

اسيد اولئیک

C18H34O2 282.47

13 روغن زیتون ،کلزا ، ذرت

اسيد اروسيک

C22H49O2 310.52

4.5 روغن کلزا وخردل

اسيد لينولئيک

C18H32O2 280.44

5.2- روغن گلرنگ وآفتابگردان

اسيد لينولينيک

C18H32O2 278.42

11- روغن کتان و ماهی هرینگ

اسيد راکيورپيک

C20H32O2 2304.46

49.5- روغن ماهیهرینگ وکنجد

اسيد ایگزاپنتان

C20H34O2 روغن ماهی

47

نام اسيدچر جدول اسیدهای چرب غیر اشباعب اشباع

فرمولشيميای

ی

وزنملکولی

نقطه ذوب

◦(c)

مواد غذاییدارای اسيدچرب

اسيد اولئیک C18H34O2 282.47 13 روغن زیتون ،کلزا ، ذرت

اسيد اروسيک

C22H49O2 310.52 4.5 روغن کلزا وخردل

اسيدلينولئيک C18H32O2 280.44 5.2- روغن گلرنگ وآفتابگردان

اسيد لينولينيک

C18H32O2 278.42 11- روغن کتان و ماهی هرینگ

اسيد راکيورپيک

C20H32O2 2304.46

49.5- روغن ماهیهرینگ وکنجد

اسيد ایگزاپنتان

C20H34O2 روغن ماهی

48

گرانرویعبارت است از مقاومت یک مایع در برابر اعمال تنش

برشی. در یک سیال جاری )در حال حرکت(، که الیه های مختلف آن نسبت به یکدیگر جابجا می شوند، به مقدار

مقاومت الیه های سیال در برابر لغزش روی هم گرانروی سیال می گویند. هرچه گرانروی مایعی بیشتر باشد، برای

ایجاد تغییر شکل یکسان، به تنش برشی بیشتری نیاز است. به عنوان مثال گرانروی عسل از گرانروی شیر بسیار بیشتر

است.

با افزایش دما لزجت سیاالت مایع کاهش می یابدولی در گازها، قضیه برعکس است، البته درصد تغییرات آن برای

سیاالت مختلف متفاوت است.

49

شما صبوری از تشکر با