منشأ زیست توده در مصالح رشد یافته است. ما انرژی زیست توده را از احتراق آن دریافت میکنیم. دی اکسید کربن به هوا منتشر میشود و دوباره توسط گیاهان و درختان زنده از هوا گرفته می شود. این یک چرخه کربن کوتاه است و بنابراین CO2 خنثی نامیده می شود.
زیست توده به اشکال بسیار متفاوتی وجود دارد، به عنوان مثال: باقیماندهی تصفیه خانه های فاضلاب. کود دامی؛ زباله های ارگانیک از کشاورزی و صنایع غذایی؛ ضایعات سبزیجات و باغ از مصرف کنندگان؛ جلبک و علف دریایی؛ چوب درختان و هرس و سایر ضایعات چوبی؛ محصولات انرژی زای رشد یافته مانند ذرت کلزا و روغن نخل.
Different Forms of Biomass
Different Forms of Biomass
همه این اشکال زیست توده دارای مزایا و معایب خود هستند و میتوانند به انواع سوخت تبدیل شوند. ما میتوانیم محصولات انرژیزا را به سوختهای موتور مایع تبدیل کنیم، اما شاید بهتر باشد تا زمانی که مردم از گرسنگی میمیرند، از آنها به عنوان غذا استفاده کنیم. علاوه بر این، کشت و کار به کاربری وسیعی از زمین نیاز دارد و اغلب مناطق با ارزش طبیعی از بین می روند. زیست توده مایع بیشتر، مانند کود و بقایای آن میتواند به بیوگاز و سپس به گاز متان خالص تبدیل شود. چوب و زباله های چوبی سوزانده میشوند و میتوانند انتشارات مضر و ذرات معلق را به هوای بیرون وارد کنند، به خصوص زمانی که احتراق ناقص وجود دارد و البته مهم است که هنگام برداشت، درختان جدید کاشته شوند تا بتوانند کربن دی اکسیدی که در طی احتراق ساطع می شود را جذب کنند.
تاکنون در مورد منابع انرژی پایدار مانند انرژی خورشیدی صحبت کردهایم، اما در حال حاضر چوب و زبالههای چوبی بزرگترین منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان هستند که در این نمودار مشاهده میکنید. پخت و پز و گرمایش خانوارهای خصوصی با سوخت چوب، یک سوم مصرف جهانی انرژی های تجدیدپذیر را تشکیل می دهد. در اتحادیه اروپا 45 درصد انرژی تجدیدپذیر از سوخت چوب منشأ میگیرد که 6 درصد کل انرژی مصرفی است.
به نظر میرسد زیست توده یک منبع انرژی تجدیدپذیر جدی است و مزایای خود را در برابر انرژی باد و خورشید دارد، زیرا در عین حال انرژی است که میتوان آن را ذخیره نمود و وقتی به آن نیاز دارید آن را می سوزانید. باد و خورشید منابع نوسانی هستند که همیشه در صورت وجود تقاضا در دسترس نیستند و بنابراین به ذخیره سازی نیاز دارند که آن را پیچیده تر و گرانتر می کند.
در اینجا یک نمونه موردی را در شهر ماستریخت هلند مشاهده میکنید. در بهار، تابستان و پاییز در اینجا آفتاب بسیار زیادی داریم. در این خانه گرمای خورشیدی را با 10 متر مربع کلکتور خورشیدی روی پشت بام جمع آوری می کنند و برای چند روز در ظرف 900 لیتری ذخیره میکنند تا از آن برای گرمایش فضا و آب گرم مصرفی استفاده کنند. اما در فصل زمستان گرمای خورشیدی زیادی نداریم.
در این خانه در تابستان فقط به آب گرم خانگی نیاز دارند و بیش از اندازه مورد نیاز نور خورشیدف برای تامین تمام گرمای مورد نیاز وجود دارد. همچنین در طول بهار و پاییز نیز برای گرمایش فضا به گرما نیاز دارند و بیشتر آن را می توان توسط کلکتورهای خورشیدی از مخزن ذخیره تامین کرد. ظرف آب گرم مقدار مورد نیاز آب گرم خانگی را تامین می کند و به رادیاتور و سیستم گرمایش از کف خانه متصل میشود. در زمستان تقریباً هیچ گرمای خورشیدی برای گرم کردن وجود ندارد. به همین دلیل برای چند روز گرمای مورد نیاز را ذخیره میکنند اما برای یک فصل کامل این گرما پاسخگو نیست. بنابراین اکنون زیست توده وارد می شود.
این قطعه چوب خشک تقریباً 2.5 کیلوگرمی حاوی گرمای 1 لیتر نفت یا 1 متر مکعب گاز طبیعی است و یک شکل کاملا فشرده از انرژی ذخیره شده میباشد . با سرد بودن هوا این قطعه چوب را داخل شومینه میاندزند و گرمای حاصل از احتراق از طریق شیشه به داخل اتاق ساطع می شود و اتاق گرم می شود. آنها در اتاق نشیمن یک شومینه چوبی مخصوص دارند که داخل آن یک مبدل حرارتی است که به مخزن ذخیره حرارت متصل است و بخشی از گرمای تولید شده را در زمان مورد نیاز پمپ می کند.
گرمای کافی از کالکتور خورشیدی یا شومینهی چوبی ذخیره شده در ظرف برای تامین آب گرم خانگی و گرم کردن سایر اتاق ها با رادیاتور، در کنار گرمایش اتاق نشیمن وجود دارد. سپس گرمای کافی در ظرف برای گرم کردن اتاق نشیمن در صبح با سیستم گرمایش از کف وجود دارد، بنابراین مجبور آنها نیستند صبح زود از خواب بیدار شوند تا شومینه هیزمی را پر کنند. و حتی زمانی که من برای پر کردن اجاق گاز تنبل هستند، یک بخاری گازی وجود دارد که ظرف ذخیره را گرم میکند. اما البته گاز طبیعی از CO2 خنثی نیست.
شومینه با سوخت چوب
شماتیک سیستم گرمایشی در یک خانه
اکنون میتوان مشاهده کرد که چه کارهایی را می توان با مقیاس کوچک در خانه انجام دهید، اما در مقیاس بزرگتر نیز میتوان به نمونه موردی جزیره انرژی صفر دانمارکی Samso اشاره کرد.در اینجا آنها میدان بزرگی از کلکتورهای خورشیدی دارند که در یک چمنزار ایستاده اند.
گرمای خورشیدی در یک ظرف بزرگ ذخیره میشود و هنگامی که آفتاب کافی وجود ندارد، با زیست توده در دیگ بخار، پشت ظرف بزرگ گرم می شود. این نیروگاه بزرگ زیست توده خورشیدی به یک شبکه حرارتی متصل است که برای یک روستای کوچک گرما برای گرمایش اتاق و آب گرم خانگی فراهم می کند.
تعداد کمی از این نیروگاه های گرمایش محلی در جزیره Samso وجود دارد. در منشاء زیست توده چوب است و یا کاه از خود جزیره تامین میشود.
در واقع کاه نیز نوعی ذخیره انرژی است و همانطور که در شکل زیر میبینید کمی فضا را اشغال میکند. پس از برداشت ذرت (در مرداد ماه)، کاه را خشک کرده و ذخیره میکنند تا در فصل زمستان برای گرم کردن استفاده شود.
وزن هر بلوک کاه حدود 600 کیلو [1300 پوند] است که معادل 200 لیتر [53 گالن] روغن است. خاکستر کاه سوزانده شده به عنوان کود در مزارع پراکنده می شود.
ذخیره سازی حرارتی با دمای بالا متصل به شبکه حرارتی (Samso)
دیگ بخار کاه سوز و انبار کاه
ذخیره سازی فصلی انرژی با کاه برای گرمایش شهری (Samso)
در واقع زیست توده انرژی خورشیدی ذخیره شده است، اما بازده تبدیل تابش خورشیدی به زیست توده ضعیف است: در این فرآیند فتوسنتز، کمتر از 1٪ از تابش خورشید به سوخت زیستی تبدیل میشود. برای کالکتورهای خورشیدی، راندمان حدود 40 درصد و برای پانل های فتوولتائیک حدود 20 درصد است. بنابراین استفاده از زمین برای سوختهای زیستی بالا است و به همین دلیل بهتر است از زیست توده حاصل از پسماندها و نگهداری از مناطق حفاظت شده طبیعت استفاده شود.
در شهر سیتارد هلند یک نیروگاه انرژی زیست توده وجود دارد که از چوب و هرس ناشی از نگهداری و مدیریت فضاهای سبز در شهر استفاده میشود. این نیروگاه انرژی زیست توده به طور همزمان برق و گرما تولید میکند و برق تولید شده به شبکه تزریق میشود و گرما از طریق شبکه گرمایش منطقهای توزیع میشود. در تابستان که گرمای کمتری مورد نیاز است، سرما برای خنک کردن با گرمای گیاه زیست توده با خنک سازی جذبی ایجاد می شود.
بیوگاز از کود
انرژی از کود
کارخانه تولید انرژی از بایومس
بیوگاز همچنین می تواند از زیست توده از طریق فرآیند تخمیر استخراج شود. در “de Meerlanden” در هلند، این گاز متان در یک هاضم از زباله های آلی خانگی استخراج میشود و از طریق شبکه ملی گاز هلند توزیع میشود. بسیاری از تصفیه خانههای فاضلاب، لجن آلی خود را در یک هاضمه زیستی برای تولید گاز متان برای شبکه گاز یا تولید برق و گرما با این گاز در یک نیروگاه حرارتی و برق ترکیبی قرار میدهند. در مورد کود دامی نیز همین فرآیند انجام میشود.