Συγκριτική αξιολόγηση αεριοποίησης πρωτοβάθμιων & δευτεροβάθμιων βιοστερεών

Η διαχείριση των βιοστερεών, παραπροϊόντων της επεξεργασίας αστικών λυμάτων, αποτελεί ένα κρίσιμο περιβαλλοντικό και ενεργειακό ζήτημα. Αυτό συμβαίνει τόσο λόγω της συνεχούς αύξησης της παραγόμενης ποσότητας όσο και της επιτακτικής ανάγκης για μείωση του περιβαλλοντικού και ενεργειακού τους αποτυπώματος. Η αεριοποίηση αναδεικνύεται ως μια εναλλακτική και βιώσιμη θερμοχημική μέθοδος για την ενεργειακή τους αξιοποίηση. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του έργου LIFE B2E4sustainable-WWTP, με σκοπό τη συγκριτική αξιολόγηση της αεριοποίησης πρωτοβάθμιων και δευτεροβάθμιων βιοστερεών ως καύσιμης ύλης, αναζητώντας απαντήσεις στα ερωτήματα σχετικά με την καταλληλότητα και την ενεργειακή αποδοτικότητα κάθε τύπου υλικού. Η πειραματική διαδικασία περιλάμβανε τη μικροκοσκίνιση, την ξήρανση και τη μπρικετοποίηση των βιοστερεών στην πιλοτική μονάδα της Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) Ρεθύμνου, πριν από την τροφοδοσία τους σε αντιδραστήρα αεριοποίησης καθοδικής ροής. Για την αξιολόγηση της διεργασίας, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις θερμοκρασίας και ανάλυση της σύστασης του παραγόμενου αερίου σύνθεσης (synthesis gas, syngas) για τα ενεργειακά του συστατικά (CO, H₂, CH₄). Επιπλέον, υπολογίστηκαν η ανώτερη (Higher Heating Value, HHV) και η κατώτερη (Lower Heating Value, LHV) θερμογόνος δύναμη τόσο των εισερχόμενων βιοστερεών όσο και του παραγόμενου syngas, καθώς και ο βαθμός ενεργειακής απόδοσης (Cold Gas Efficiency, CGE) του συστήματος για κάθε τύπο πρώτης ύλης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα πρωτοβάθμια βιοστερεά παρουσιάζουν υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο σε σχέση με τα δευτεροβάθμια, με μέση τιμή HHV 23,8 MJ/kg έναντι 18,0 MJ/kg και LHV 22,8 MJ/kg έναντι 17,0 MJ/kg. Αντίστοιχα, το syngas από πρωτοβάθμια βιοστερεά παρουσίασε υψηλότερες μέσες συγκεντρώσεις καυσίμων αερίων (CO 23,2%, H₂ 17,2%, CH₄ 3,7%), σε σχέση με τα δευτεροβάθμια όπου καταγράφηκαν χαμηλότερες τιμές (CO 21,5%, H₂ 14,7%, CH₄ 3,3%). Οι διαφοροποιήσεις αυτές οδήγησαν σε υψηλότερη θερμογόνο δύναμη για τα πρωτοβάθμια βιοστερεά, με HHV syngas μεταξύ 6,55-6,60 MJ/Nm³ και LHV 6,08-6,12 MJ/Nm³, έναντι 5,75-6,01 MJ/Nm³ και 5,35-5,59 MJ/Nm³ για τα δευτεροβάθμια. Η ενεργειακή απόδοση (CGE, βάση LHV) του συστήματος αεριοποίησης κυμάνθηκε μεταξύ 53,3-53,6% για τα πρωτοβάθμια και 63,4-65,8% για τα δευτεροβάθμια βιοστερεά. Και οι δύο τύποι βιοστερεών αποδείχθηκαν κατάλληλοι για αεριοποίηση, με δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας. Συνοψίζοντας, η έρευνα δείχνει ότι η επιλογή της πρώτης ύλης είναι καθοριστική για την επιτυχή ενεργειακή αξιοποίηση των βιοστερεών μέσω αεριοποίησης. Τα πρωτοβάθμια βιοστερεά οδηγούν στην παραγωγή καλύτερης ποιότητας syngas, ενώ τα δευτεροβάθμια έχουν καλύτερη συνολική ενεργειακή απόδοση. Η αεριοποίηση των βιοστερεών προσφέρει μια ρεαλιστική λύση για τη βελτίωση της περιβαλλοντικής διαχείρισης και την ενίσχυση της ενεργειακής αυτάρκειας των μονάδων επεξεργασίας λυμάτων.