Ενεργειακό ισοζύγιο στην εφοδιαστική αλυσίδα βιομάζας

Abstract

Η βιομάζα θεωρείται ότι αποτελεί μια από τις σημαντικότερες μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Με την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και μέσω της διεργασίας της φωτοσύνθεσης αλλά και άλλων φυσικοχημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά την ανάπτυξη του φυτού παράγεται η πρώτη ύλη. Η ενέργεια που περιέχει η πρώτη ύλη μετά από επεξεργασία μπορεί να αξιοποιηθεί για παραγωγή θερμότητας, ηλεκτρισμού, υγρών και αερίων καυσίμων ή και σε άλλες εφαρμογές. Για την παραγωγή φυτικής βιομάζας από διάφορες καλλιέργειες καταναλώνονται σημαντικά ποσά ενέργειας είτε μέσω των γεωργικών μηχανημάτων καθ’ολη τη περίοδο καλλιέργειας, είτε κατά τη μεταφορά, είτε για την λίπανση της καλλιέργειας, είτε, γενικότερα, για οποιαδήποτε κατανάλωση ενέργειας αφορά στη καλλιέργεια και στη καλλιεργητική πρακτική που ακολουθείται από τον παραγωγό. Είναι σημαντικό να καθορίζεται σε κάθε περίπτωση η ενέργεια που εισρέει στη καλλιέργεια και η ενέργεια που τελικά αποδίδεται ως ωφέλιμη ενέργεια από μια καλλιέργεια βιομάζας από τη στιγμή της εγκατάστασης της μέχρι τη συγκομιδή και τη μεταφορά στη μονάδα αποθήκευσης, αξιοποίησης και περαιτέρω επεξεργασίας της βιομάζας. Στη παρούσα εργασία, μοντελοποιούνται και αναλύονται οι ενεργειακές εισροές ενός συστήματος παραγωγής βιομάζας και μελετώνται, με τη χρήση υπολογιστικού εργαλείου, οι ποικίλες εναλλακτικές λύσεις για μελέτη του ενεργειακού ισοζυγίου μιας τέτοιας εφοδιαστικής αλυσίδας από διαφορετικές πηγές βιομάζας. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τρεις μελέτες περιπτώσεων που αφορούν τρεις ισομεγέθεις καλλιέργειες τον M.Giganteus, το Switchgrass και το Arundo Donax, αντίστοιχα. Και οι τρεις ενεργειακές καλλιέργειες αναλύθηκαν σε επίπεδο δεκαετίας για την πρόβλεψη και αξιολόγηση των εισροών-εκροων ενέργειας στο σύστημα της εφοδιαστικής αλυσίδας της κάθε καλλιέργειας του οποίου τα όρια περιλαμβάνουν την παραγωγή, συγκομιδή και απευθείας μεταφορά στη μονάδα αξιοποίησης της παραγόμενης βιομάζας. Λήφθηκαν υπόψη σημαντικές ενεργειακές παράμετροι και συντελεστές για την εκτίμηση των ενεργειακών εισροών και την περαιτέρω σύγκρισή τους με τις ενεργειακές εκροές σε επίπεδο δεκαετίας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας, για τις τρεις περιπτώσεις οι ενεργειακές εισροές εκτιμήθηκαν και ισούνται σε επίπεδο δεκαετίας με 164.23 GJ, 231.03 GJ και 277.84 GJ ανα εκτάριο για το M.Giganteus, το Switchgrass και το Arundo Donax, αντίστοιχα. Τέλος, για τις τρεις καλλιέργειες προέκυψαν ικανοποιητικές τιμές των αντίστοιχων Εισαγωγή 5 Ενεργειακό Ισοζύγιο στην Εφοδιαστική Αλυσίδα Βιομάζας ενεργειακών ισοζυγίων˙ με συντελεστές ενεργειακής απόδοσης 12.05, 11.68 και 9 για το M.Giganteus, το Switchgrass και το Arundo Donax, αντίστοιχα

Biomass is considered to be one of the most important renewable energy sources. The raw material is produced by the exploitation of solar energy, i.e. through the process of photosynthesis and other physicochemical processes occurred during each phase of the plant growth. The energy contained in the raw material after processing can be used for heat production, electricity, liquid or gas fuels, or in other applications. Significant amounts of energy are consumed for the production of plant biomass either through agricultural equipment throughout the growing season or during transport, either through fertilization of the crop or, more generally, any kind of energy included in a particular crop and the growing practice followed by each one field owner. It is important to determine in each case the energy inputs of the crop and the energy outputs that ultimately attributed as usable energy from a biomass crop from the harvesting to the biomass management and biomass-process unit. In the present study, the energy inputs of a biomass production system were modeled and analyzed and, by the use of computational tools, the various alternatives were assessed for the study of the energy balance of such a supply chain using different biomass sources (3 energy crops- Miscanthus, Switchgrass and Arundo Donax). These different energy crops assessed for a 10-year period at input-output energy supply chain level including production, harvesting and transporting to the process biomass unit after being analyzed thoroughly all the energy inputs in each one of them. Accoridng to the results of the present work, the energy consumption for the 3 crops assessed for a decade and is equal to 164.23 GJ, 231.03 GJ and 277.84 GJ per ha for M.Giganteus, Switchgrass and Giant reed, respectively. The energy efficiency of the crops proved to be satisfactory with coefficient of energy efficiency equal to 12.05, 11.68 and 9 for the three crops respectively