تحقیق بیومس زیست توده

بسمه تعالی

دانشگاه پیام نور
مرکز قزوین
تمرین پژوهش
موضوع:
بیومس (زیست توده)
استاد مربوطه:
تهیه کننده:
شماره دانشجویی:
بهار 1394
فهرست مطالب
چکیده 1
مقدمه 2
زیست توده(بیوماس) 4
تعریف زیست توده 5
انرژی بیومس 5
ساختار شیمیایی 6
تاریخچه 6
تاریخچه زیست توده در جهان 7
مهمترین کشورهای دنیا در زمینه ی سوخت های زیستی 7
تاریخچه زیست توده درایران 8
بررسی و تعیین قابلیت تولید برق از منابع زیست توده ایران 9
ضرورت و مزایای استفاده از انرژی زیست توده در کشور 9
انرژی ناشی از سوخت های گیاهی ( بیومس ) 10
بهره برداری از زیست توده 11
وضعیت فعلی بهره برداری از زیست توده در جهان 13
بررسی جایگاه های زیست توده ای در آمریکا: 15
راه های تامین منابع انرژی زیست توده 15
تولید انرژی از زیست توده چگونه است؟ 16
چگونگی بدست آوردن انرژی از Biomass : 16
روشهای تولید انرژی در Biorefinery : 16
گازی سازهای زیست توده چیست؟ 17
چرخه تولید بیوگاز 17
طرح شماتیک از سیستم نیروگاه بیوگاز: 18
مکانیزم عملکرد زیست گاز 18
میزان بهره گیری بیوماس برای تولید انرژی امروزه، چه میزان است؟ 19
چرخه زیست توده در طبیعت 20
منابع زیست توده (بیوماس) کدامند؟ 21
مزایای بهره گیری از منابع زیست توده چیست؟ 21
سوختهای گیاهی و انرژی بیومس 22
بررسی مکانیزم عملکرد زیست توده : 23
تقسیم بندی انواع منابع زیست توده 24
ضایعات جامد ، فاضلابهای شهری و فضولات دامی 25
انواع دوریزها و پسماندهای جامد 28
فاضلابهای شهری 28
ضایعات فاضلابهای صنعتی 29
زائدات کشاورزی و جنگلی 30
جنگلهای و ضایعات جنگلی 32
فضولات حیوانی 33
پسماندهای صنایع غذایی و کشاورزی 33
کاربردهای انرژی زیست توده 33
مصارف غیر نیروگاهی زیست توده 34
مزیتهای نسبی سوخت های زیستی 34
فناوری ها و سیستمهای استحصال انرژی از زیست توده : 35
نتیجه 36
منابع 37

چکیده
سوخت های گیاهی به دست آمده از پسماندهای جنگلی و محصولات کشاورزی جهان، به نوعی بزرگترین منبع ذخیره ی انرژی خورشیدی به شمار می آید، و می تواند سالانه به اندازه ی 70 ملیارد تن نفت خام، انرژی در دسترس بشر قرار دهد. این میزان 10 برابر مصرف سالانه انرژی در جهان است. نکته ی مهم در به کار گیری این منبع، آن است که حاصل از سوخت های گیاهی دوباره توسط گیاهان تازه جذب و مصرف خواهد شد، و هیچ اثری در پدیده ی گلخانه ای و گرم شدن زمین نخواهد داشت. گفتیم بیومس نوعی انرژی خورشیدی است، زیرا گیاهان انرژی خورشید را جذب می کنند و عمل فتوسنتز را انجام می دهند. انرژی شیمیایی موجود در گیاهان به وسیله ی انسان ها و حیواناتی که آنها را می خورند جذب می شود.
بیومس یک منبع انرژی تجدید پذیر است زیرا همیشه می توانیم درختان و گیاهان را پرورش دهیم و همیشه زمین کشاورزی برای این کار وجود دارد. نمونه هایی از سوخت های بیومس چوب، ذرت، کود و بعضی زباله هستند. انرژی شیمیایی موجود در سوخت های بیومس، هنگام سوختن به صورت گرما آزاد می شود و می تواند به عنوان گرم کننده ی ساختمانی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین چوب ها و یا بعضی از زباله ها می توانند سوزانده شوند تا بخار آّب تولید شود و از آن برای تولید الکتریسیته استفاده شود. البته سوزاندن بیومس تنها راه آزاد سازی آنها نیست. بیومس ها می توانند به اشکال دیگری انرژی قابل استفاده در اختیار ما قرار دهند. مثل گاز متان، اتانول و بیودیزل. گاز متان جزء اصلی گاز طبیعی است. مواد بدبو مثل آشغال های گندیده و ضایعات کشاورزی و فضولات انسانی گاز متان آزاد می کنند که زیست گاز نامیده می شود. یکی دیگر از از منابع بیومس زباله ها هستند که ضایعات جامد شهری ( MSW ) نام دارند. زباله هایی که از محصولات گیاهی یا جانوری به دست می آیند بیومس هستند. غذاهای دورریز و چمن های کنده شده نمونه هایی از زباله های بیومس هستند.

مقدمه
زیست توده یکی از منابع مهم انرژیهای تجدیدشونده محسوب می شود و به هر موجود زنده که قابلیت رشد و نمو داشته و بر مبنای قوانین طبیعی تقسیم شوند اطلاق می شود و شامل جنگلها، اجزاء گیاهان، برگها، موجودات زنده اقیانوسها، زائدات حیوانی، پسماندهای شهری و غذایی و … می شوند. این مواد قابلیت ذخیره انرژی در خود را دارا می باشند. در واقع در خلال پدیده فتوسنتز، دی اکسید کربن از طریق آب و خاک و هوا توسط انرژی خورشیدی در گیاهان ذخیره می شود و باعث رشد و نمو آنها می گردد این انرژی خورشیدی در مواقع مصرف، قابلیت تبدیل به انرژی را دارا می باشد.
زیست توده قابلیت تولید برق، حرارت، سوختهای مایع، سوختهای گازی و انواع کاربردهای مفید شیمیایی را دارا می باشد. زیست توده سهم بزرگی در میان دیگر انواع منابع انرژیهای نو دارا می باشد.
امروزه بیومس ها 3 درصد از انرژی مورد استفاده در ایالات متحده ی آمریکا را تامین می کنند. مردم آمریکا سعی می کنند که استفاده از سوخت های بیومس را افزایش داده و استفاده از سوخت های فسیلی را کم کنند. استفاده از سوخت های بیومس به عنوان انرژی، ضایعات را کاهش داده و موجب حمایت از کشاورزان و محصولات آنها می شود.

بطور کلی هر ماده ای که منشا مواد آلی داشته باشدBiomass نامیده می شود. براساس آماری که درسال2001منتشر شده است دربین منابع انرژی جهان سهم انرژی های که از بیومس بدست می آید تنها حدود10درصد می باشد. بطورکلی منبع هائی که Biomass نامیده می شود و می توان از آنها برای تولید انرژی استفاده کرد عبارتند از:
1. ضایعات جنگلی
2. ضایعات حیوانی
3. ضایعات کشاورزی
4. ضایعات شهری
5. ضایعات صنعتی
6. ……….
بطور مثال مقدار انرژی که از هر مترمکعب چوب با 60% رطوبت می توان بدست آورد 7GJمی باشد. یا مقدار انرژی که از هرمتر مکعب علفی که تازه درو شده باشد می توان بدست آورد مقدار 3GJ می باشد.

زیست توده(بیوماس)
زیست توده یا بیومس (Biomass) یک منبع تجدید پذیر انرژی است که از مواد زیستی به دست می آید. مواد زیستی شامل موجودات زنده یا بقایای آن ها است. نمونه این مواد، چوب، زباله و الکل هستند. زیست توده معمولاً شامل بقایای گیاهی است که برای تولید الکتریسیته یا گرما به کار می رود. برای مثال بقایای درختان جنگلی، مواد هرس شده از گیاهان و خرده های چوب می توانند به عنوان زیست توده به کار گرفته شوند. زیست توده به مواد گیاهی یا حیوانی که برای تولید الیاف و مواد شیمیایی به کار می روند نیز اطلاق می گردد. زیست توده شامل زباله های زیستی قابل سوزاندن هم می شود، اما شامل مواد زیستی مانند سوخت فسیلی که طی فرایندهای زمین شناسی تغییر شکل یافته اند، مانند ذغال سنگ یا نفت نمی شود. اگرچه سوخت های فسیلی ریشه در زیست توده های موجود در زمان بسیار قدیم دارند، به دلیل اینکه کربن موجود در آن ها از چرخه زیستی طبیعت خارج شده است و سوزاندن آن ها تعادل دی اکسید کربن موجود در جو را به هم می زند، عنوان زیست توده به آن ها اطلاق نمی گردد.
زیست توده یکی از منابع مهم انرژیهای تجدیدشونده محسوب می شود و به هر موجود زنده که قابلیت رشد و نمو داشته و بر مبنای قوانین طبیعی تقسیم شوند اطلاق می شود و شامل جنگلها، اجزاء گیاهان، برگها، موجودات زنده اقیانوسها، زائدات حیوانی، پسماندهای شهری و غذایی و … می شوند. این مواد قابلیت ذخیره انرژی در خود را دارا می باشند. در واقع در خلال پدیده فتوسنتز، دی اکسید کربن از طریق آب و خاک و هوا توسط انرژی خورشیدی در گیاهان ذخیره می شود و باعث رشد و نمو آنها می گردد این انرژی خورشیدی در مواقع مصرف، قابلیت تبدیل به انرژی را دارا می باشد.
زیست توده قابلیت تولید برق، حرارت، سوختهای مایع، سوختهای گازی و انواع کاربردهای مفید شیمیایی را دارا می باشد. زیست توده سهم بزرگی در میان دیگر انواع منابع انرژیهای نو دارا می باشد.
تعریف زیست توده
تعاریف متعدد و گوناگونی از این منابع شده است .تعریف اتحادیه اروپا از زیست توده که در راهنمای۲۰۰۱/۷۷/EC به تاریخ ۲۷سپتامبر ۲۰۰۱ میلادی عنوان شده، عبارت است از: "زیست توده عبارت است از اجزا قابل تجزیه زیستی از محصولات، پسماندها و زائدات کشاورزی (شامل مواد گیاهی و دامی)، جنگلها و صنایع وابسته و همچنین زائدات صنعتی و شهری قابل تجزیه". بر اساس تعریف علمی ارائه شده برای زیست توده در این آیین نامه، زیست توده به سوختهائی اطلاق می گردد که از جرم توده فیتوپلانکتونها و جرم توده زئوپلانکتونها ساخته می شوند. امروزه مشخص شده است که سوخت های زیستی به دست آمده از پسماندهای جنگل ها و محصول های کشاورزی جهان می تواند سالانه به اندازه ۷۰ میلیارد تن نفت خام انرژی در دسترس بشر قرار دهد که این میزان ۱۰ برابر مصرف سالانه انرژی در جهان است.همچنین می توان از این سوخت ها بیشتر در تولید گرما بهره برد زیرا می توانند باعث صرفه جویی اقتصادی چشمگیری شوند.
انرژی بیومس
یکی از عمده ترین موارد کاربرد بیومس میکروبی، استفاده از آن ها به عنوان غذا و افزودنی های غذایی است. ارزش بازار جهانی طعم دهنده های غذایی در سال ۲۰۰۰ حدود ۱/۱ میلیارد دلار بوده است. اهمیت اقتصادی بیومس میکروبی تا به حدی است که محققان کشور کوبا با استفاده از ضایعات نیشکر و تکنولوژی تخمیر، اقدام به تهیه و تولید پروتئین های تک یاخته (SCP) نموده اند تا کشور را از واردات خوراک دام و سویا بی نیاز نمایند.
لازم به ذکر است که در حال حاضر، واردات خوارک دام و طیور و مکمل های آن به کشور بیش از یک میلیارد دلار در سال است؛ از طرفی تولید پروتئین تک یاخته یکی از راهکارهای بیوتکنولوژی برای رفع این مشکل در کشور است، ضمن اینکه مواد خام اصلی برای تولید SCP، ضایعات کشاورزی، متانول، نفت و گاز است که در همه این موارد، کشور از مزیت بسیار مناسبی برخوردار است . متاسفانه تولید SCP در کشور تاکنون از مرحله تحقیقات فراتر نرفته است، علیرغم این که سابقه شروع تحقیقات در این زمینه به پیش از انقلاب و دهه ۱۳۵۰ برمی گردد.
ساختار شیمیایی
زیست توده بر پایه کربن است و از مخلوط مولکولهای آلی، شامل هیدروژن، معمولاً اکسیژن و اغلب نیتروژن و مقدار کمی از دیگر اتمها مانند، فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی و فلزات سنگین است. .منابع زسیت توده شامل ترکیبات آلی با زنجیره بلند می باشند که در فرایند هضم به مو لکو لهای ساده تر تبدیل می گردد. حاصل این فرایند گازی قابل اشتعال به نام بیو گاز می باشد به بیو گازگاز مرداب نیز گفته می شود این گازشامل دو جز عمده متان و دی اکسید کربن به همرام مقدار جزئی از گاز های دیگر می باشد این مخلوط گازی با ارزش حرارتی ۲/۲ – ۵/۱ مگاژول به ازای هر متر مکعب است.
تاریخچه
فناپذیری سوخت های فسیلی، تنوع بخشی به منابع انرژی، توسعه پایدار ایجاد امنیت انرژی، مشکلات زیست محیطی ناشی از مصارف انرژی فسیلی از یک طرف و تجدیدپذیر بودن منابع انرژی های نو نظیر خورشید، باد، زیست توده و … از طرف دیگر باعث توجه جدی جهانیان به توسعه و گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و افزایش سهم این منابع در سبد انرژی جهانی شده است. امروزه ما شاهد افزایش چشمگیر فعالیت ها و بودجه دولت ها و شرکت ها در امر تحقیق، توسعه و عرضه سیستم های انرژی های تجدیدپذیرهستیم و این فعالیت ها همراه با صرف بودجه های کلان در این زمینه در نهایت موجب کاهش قیمت تمام شده انرژی های تجدیدپذیر و رقابت پذیری این تکنولوژی با سیستم های انرژی سنتی موجود می گردد. از نقطه نظر تاریخی استفاده از انرژی زیست توده به ابتدایی ترین دوره های تاریخ باز می گردد. از زمانی که آتش شناخته شد، انسان نخستین همواره چوب و برگ خشک درختان را به عنوان سوخت استفاده می کرده و این چرخه تا قرن حاضر نیز ادامه پیدا کرده است.

تاریخچه زیست توده در جهان
کشف و مهار آتش و استفاده از حرارت حاصل از سوزاندن چوب و خار و خاشاک
خروج گاز و اشتعال ناقص آن ناشی از دفن زباله در طبقات زیرین زمین توسط پیلی نی روسی
اعلام وان هلمونت در سال ۱۶۳۰ در خصوص شناسائی و اشتعال گاز دفنگاه
کشف ماهیت گاز مرداب (متان- بیوگاز) در سال ۱۶۶۷ دانشمندی به نام شرلی
شناسائی گاز متان به عنوان ترکیب اصلی بیوگازاز مواد تخمیر شده توسط ولتا و در سال ۱۷۷۶
شروع تحقیقات عمده در زمینه تخمیر بیهوازی و کاربرد آن به وسیله شخصی به نام دیوی در سال ۱۸۰۸
در سال ۱۸۸۴ فردی به نام گاین طرحی را به اجراء در آورد که به وسیله بیوگاز حاصل از انرژی زیست توده روشنائی خیابانهای شهر پاریس را تامین نمود.
نخستین نیروگاه بایومس در کشور بنگلادش
مهمترین کشورهای دنیا در زمینه ی سوخت های زیستی
کشور برزیل با در دست داشتن 39 % حجم بازار بیشترین حجم تولید سوختهای زیستی را نیز به خود اختصاص داده است . بعد از ان کشور آمریکا با حجم20 درصدی تولید در رتبه بعدی قرار دارد. در این کشور یک سوم کشت ذرت به مخازن بنزین وارد می شود. بعد از این کشورها چین در رتبه سوم قرار دارد. شرکت های خودروسازی در چین اتومبیل هایی را به بازار عرضه می کنند که از سوخت زیستی، فناوری های هیدروژنی یا الکتریسیته استفاده می کنند.
تاریخچه زیست توده درایران
محمدبن حسین عاملی معروف به شیخ بهائی (۱۰۳۱-۹۳۵ هجری قمری) جزء نخستین کسانی بوده که از بیوگاز حاصل از زیست توده (فاضلاب حمام) استفاده کرده و آن را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است.
اولین هاضم تولید گاز متان در ایران در روستاهای نیازآباد لرستان در سال ۱۳۵۴ ساخته شده است. این دستگاه به گنجایش ۵ متر مکعب فضولات گاوی روستا را مورد استفاده قرار داده و بیوگاز مصرفی حمام مجاور را تامین می نموده است.
از نظر استفاده های سنتی از این منبع، مطابق سرشماری سال ۱۳۷۵، ۱۰ درصد خانوارهای روستایی برای گرمایش منازل خود و ۵ درصد خانوارهای روستایی برای پخت وپز عمدتاً از چوب و فضولات دامی استفاده می کرده اند.
در سال ۱۳۵۹ دو واحد کوچک آزمایشی در دانشگاه بوعلی سینا همدان احداث گردید که با فضولات کشتارگاه و کودگاوی تغذیه می گردید.
دانشگاه صنعتی شریف نیز در سال ۱۳۶۱ یک واحد ۳ متر مکب را به صورت آزمایشی مورد مطالعه قرار داد که با فضولات گاوی بارگیری می شد.
موسسه DLR آلمان نیز پتانسیل اقتصادی زیست توده برای تولید برق را تا سال ۲۰۵۰ بمیزان ۳۵۰۰ مگاوات محاسبه و ارائه نموده است.
در حال حاضر پروژه های متعددی در این خصوص توسط وزارت نیرو و بخش خصوصی در دست اجرا می باشد.

بررسی و تعیین قابلیت تولید برق از منابع زیست توده ایران
وسعت فراوان کشور و تنوع کمی و کیفی منابع زیست توده در ایران حکایت از وجود قابلیت مناسب برای تولید برق از منابع زیست توده در کشور دارد. فراوانی منابع زیست توده از یک طرف و مشکلات فراوان ناشی از رهاسازی این منابع با ارزش در طبیعت باعث توجه روزافزون سازمان ها و نهادهای دولتی و خصوصی به استفاده از فناوری هضم بی هوازی به عنوان راه حلی مناسب برای تولید انرژی (برق و حرارت) و حل مشکلات زیست محیطی پسماندهای آلی فسادپذیر شد.
نتایج تحقیقات عملی انجام شده توسط مولفین در راکتورهای آزمایشگاهی و نیمه صنعتی نشان می دهد که استفاده از فناوری هضم بی هوازی و احداث نیروگاه های بیوگازی می تواند راه حلی مطمئن برای ایجاد سهم مناسب زیست توده در تولید و تامین برق کشور در کنار حل مشکلات زیست محیطی پسماندهای آلی مختلف ایران شامل زباله های شهری، پسماندهای صنایع غذایی، فضولات دامی، فاضلاب های شهری و صنعتی در راکتورهای بی هوازی آزمایشگاهی (5لیتری) و نیمه صنعتی (000/10لیتری) در شرایط مزوفیلیک ارائه می شود. نتایج و داده های حاصل از این کار عملی می تواند در طراحی نیروگاه های بیوگازی بزرگ و کوچک در کشور به کار رود.
ضرورت و مزایای استفاده از انرژی زیست توده در کشور
رفع مشکلات زیست محیطی حاصل از رهاسازی منابع زیست توده در طبیعت(آلودگی آب، خاک، هوا و بو و …)
کاهش انتشار گازهای گلخانه ای بویژه متان در جو- بیش از 50% متان منتشره از این منابع میباشد.
امکان تولید انرژی در محل مصرف(کاهش تلفات شبکه)
امکان تحویل انرژی پاک به شکل جامد، مایع و گاز
امکان تحویل انرژی به فرم برق، حرارت و سوخت خودروها و یا خوراک واحدهای پتروشیمی
ایجاد ارزش افزوده و اشتغال مولد قابل توجه
تولید سالانه 25 میلیون تن زباله شهری و صنعتی، بیش از 5 میلیارد مترمکعب فاضلاب های شهری و صنعتی، بیش از 400میلیون تن زائدات و ضایعات کشاورزی- جنگلی و دامی
کمک به ارتقای بهداشت عمومی
تولید انرژی با قابلیت دسترسی بالا
انرژی ناشی از سوخت های گیاهی ( بیومس )
بیومس اصطلاحی در زمینه ی انرژی است که برای توصیف یک رشته از محصولاتی که از فتوسنتز به دست می آیند، به کار می روند.
هر ساله از طریق فتوسنتز، معادل چندین برابر مصرف سالانه جهانی انرژی، انرژی خورشیدی در برگ ها، تنه ها و شاخه های درختان به صورت انرژی شیمیایی ذخیره می شود. بنابراین، در میان انواع منابع انرژی تجدیدپذیر، بیومس از جهت ذخیره ی انرژی خورشیدی منحصر به فرد است.
بیومس، بیش تر به شکل چوب، قدیمی ترین شکل انرژی برای بشر است که به عنوان سوخت برای مصرف های خانگی و صنعتی مورد استفاده قرارمی گرفته است.
استفاده از بیومس به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر، نه تنها به دلایل اقتصادی، بلکه به دلایل توسعه ی اقتصادی و زیست محیطی نیز مورد توجه است.
دستگاه هایی که از انرژی بیومس را به انرژی قابل مصرف تبدیل می کنند، در ظرفیت های کوچک و به سادگی ساخته می شوند. همچنین صنایع کشاورزی و جنگل داری که ذخیره های اصلی بیومس هستند، فرصت های اساسی را برای توسعه ی اقتصادی مناطق روستایی فراهم می کنند.
بهره برداری از زیست توده
امروزه منابع مفید و کاربردی زیست توده تنها به چوب و برگ خشک محدود نمی شود و طیف وسیعی از مواد از جمله پسماندهای جامد و مایع شهری و پسماندهای صنعتی و غیره را نیز در بر میگیرد.
منابع انرژی تجدید پذیر پس از زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، چهارمین منبع بزرگ انرژی در دنیا می باشند. این منبع حدود 14 درصد از انرژی اولیه جهان را تامین می نماید و در حال حاضر بیش از 5/11% از انرژی اولیه جهان توسط منابع زیست توده تامین می­گردد. و این در حالی است که در ایالات متحده آمریکا 3-4 درصد از انرژی اولیه مورد نیاز فقط از منابع زیست توده تامین میشود.
برخی از کشورها سالانه بیش از 60 میلیون تن زیست توده خشک تولید می کنند. این زیست توده از پسماند چوب بری ها، چوب زباله های شهری و جنگل ها، پسماندهای کشاورزی و سایر انبارهای غذایی حاصل می شود. اگر کل این مقدار مورد استفاده قرار گیرد، با 60 میلیون تن زیست توده می توان نزدیک به 2000 مگاوات برق یک شهر را که دارای جمعیت و اقتصاد رو به رشدی است، تامین نمود. این انرژی برای تامین مصرف برق حدود دو هزار خانه کافی خواهد بود!
قابلیتهای زیست توده تنها در تولید حرارت نیست، بلکه در تولید سرما، سوختهای مورد نیاز برای حمل و نقل و تولید انرژی الکتریکی نیز استفاده دارد.
نحوه استفاده از زیست توده بسیار ساده است. ضایعات چوب، شاخه های درختان، ته مانده غذاها و سایر پسماندها با هم در کامیون های بزرگ جمع آوری می شوند. این کامیون ها، پسماندها را از کارخانه ها و زمین های کشاورزی به نیروگاه های زیست توده منتقل می کنند. در آن جا زیست توده به مخازن بسیار بزرگی فرستاده می شود. پس از آن زیست توده وارد یک کوره شده و در آن سوزانده می شود. گرمای تولید شده برای جوشاندن آب کوره مورد استفاده قرار گرفته و انرژی بخار حاصل، توربین ها و ژنراتورها را به چرخش در می آورد
قدرت دیگ های بخار مخصوص زیست توده نوعاً بین 20 تا 50 مگاوات است که آن را با نیروگاههای زغال سنگی با قدرت بین 100 تا 1500 مگاوات می توان مقایسه کرد. این نیروگاههای کم ظرفیت از راندمان پائین تری برخوردارند و به دلیل مبادلات اقتصادی نیروگاههای کوچک نمی توانند از عهده هزینه تجهیزات افزایش دهنده راندمان برآیند. اگرچه فنونی برای افزایش راندمان تولید بخار آب از طریق زیست توده تا بیش از 40 درصد وجود دارد ولی راندمان واقعی این گونه نیروگاهها در حدود 20 درصد است. در فناوری ترکیبی سوخت زیست توده و زغال سنگ، زیست توده جای بخشی از زغال سنگ را در نیروگاههای زغال سنگی موجود می گیرد. این انتخاب برای مصرف زیست توده برای تولید برق اقتصادی ترین روش به شمار می رود. چون اغلب تجهیزات نیروگاههای موجود بدون تغییر عمده می توانند مورد استفاده قرار گیرند.
با سوزاندن فرآورده های مصرف شده در مراکز جمع آوری زباله، می توان از زیست توده بهره برداری کرد. وقتی زباله ها تجزیه می شوند، از آن ها گاز متان آزاد می شود.. گاز متان تولید شده در مراکز جمع آوری زباله از طریق خطوط لوله کشی جمع آوری می شود. سپس از آن برای تولید برق در نیروگاه ها استفاده می شود. این نوع زیست توده، گاز زباله دانی نامیده می شود.
در مورد خوراک دام ها هم قضیه به همین شکل است. در جاهایی که تعداد زیادی حیوان مانند گاو ، گوسفند و حتی جوجه ها نگه داری می شوند، می توان کود تولید کرد. هنگامی که این کود تجزیه می شود، همانند زباله، گاز متان تولید می کند. از سوختن این گاز در مزرعه، می توان انرژی مورد نیاز زمین های کشاورزی را تامین نمود.
استفاده از زیست توده ها، در مقایسه با نیروگاه های دارای سوخت فسیلی، به کاهش پدیده گرم شدن کره زمین کمک می کند. گیاهان به هنگام رشد، دی اکسید کربن (CO2) را استفاده و ذخیره می کنند. گاز CO2 ذخیره شده در گیاه، هنگام سوختن یا تجزیه شدن از آن آزاد می شود. با کاشت مجدد بذرها، گیاهان جدید می توانند گاز CO2 حاصل از سوختن گیاهان را مصرف کنند. بنابراین استفاده از زیست توده و کاشت مجدد بذرها می تواند به چرخه طبیعی گاز دی اکسید کربن کمک کند. با این حال، اگر بذر گیاهان مجدداً کاشته نشود، گاز دی اکسید کربن حاصل از زیست توده می تواند سهم عمده ای در گرم شدن کره زمین داشته باشد.
بنابراین استفاده از زیست توده ها می تواند برای حفظ سلامت محیط زیست مفید باشد، زیرا زیست توده کاهش یافته، بازیافت شده و سپس مجدداً مورد استفاده قرار می گیرد. ضمن این که زیست توده یک منبع تجدید پذیر نیز است زیرا رشد گیاهانی که می توانند زیست توده تولید کنند پایان ناپذیر است.
امروزه هم چنان راه های جدیدی برای استفاده از زیست توده ها یافته می شود. یکی از این راه ها، استفاده از زیست توده برای تولید اتانول است. اتانول را می توان در انواع خاصی از اتومبیل ها به جای بنزین به عنوان سوخت مورد استفاده قرار داد. الکل را با بنزین هم می توان ترکیب کرد. با این روش وابستگی ما به نفت که یک سوخت فسیلی تجدید ناپذیر است کاهش می یابد.
وضعیت فعلی بهره برداری از زیست توده در جهان
امروزه منابع مفید و کاربردی زیست توده تنها به چوب و برگ خشک محدود نمی شود و طیف وسیعی از مواد از جمله پسماندهای جامد و مایع شهری و پسماندهای صنعتی و غیره را نیز در بر می گیرد.
منابع انرژی تجدید پذیر پس از ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، چهارمین منبع بزرگ انرژی در دنیا می باشند. این منبع حدود 14 درصد از انرژی اولیه جهان را تامین می نماید و در حال حاضر بیش از% 5/11 از انرژی اولیه جهان توسط منابع زیست توده تامین می گردد. و این در حالی است که در ایالات متحده آمریکا 3-4 درصد از انرژی اولیه مورد نیاز فقط از منابع زیست توده تامین می شود. قابلیت های زیست توده تنها در تولید حرارت نیست، بلکه در تولید سرما، سوخت های مورد نیاز برای حمل و نقل و تولید انرژی الکتریکی نیز استفاده دارد. در سال 2005حدود 44000 مگاوات نیروگاه تولید برق ( با انواع فناوری ها ) و 225000 مگاوات حرارتی نیروگاه مدرن تولید حرارت با منبع زیست توده احداث شده است که حدود 10000 مگاوات آن فقط در ایالات متحده بوده است (حدود 58 درصد از بازار تولید انرژی از منابع تجدید پذیر در امریکا). همچنین بیش از 50 میلیارد لیتر سوخت تجدیدپذیر از منابع زیست توده تولید و مصرف می گردد.
برمبنای مطالعات انجام شده، منابع زیست توده حدود 64 درصد از منابع اولیه انرژی های نو در اتحادیه اروپا را به خود اختصاص داده است و حدود 9 درصد از انرژی الکتریکی تولیدی و 98 درصد از انرژی حرارتی تولیدی از طریق منابع انرژی های نو به منابع انرژی زیست توده تعلق دارد. ( با در نظر گرفتن منابع برق آبی).
انرژی زیست توده تنها منبع انرژی تجدیدپذیر می باشد که انرژی را به فرم های برق، حرارت، سرما و سوخت خودرو و به اشکال جامد، مایع و گاز تحویل می نماید. به علاوه مواد زیستی جایگزین خوراک پتروشیمی و … نیز از محصولات دیگر آن می باشد.

بررسی جایگاه های زیست توده ای در آمریکا:
سیستم های مذکور در تولید برق از انرژی زیست توده یکی از روش های تولید برق تجاری در آمریکا به شمار می رود. با حدود 9733مگاوات ظرفیت نصب شده، زیست توده بزرگ ترین منبع برق تجدیدپذیر غیر آبی است. این ظرفیت 9733 مگاواتی شامل حدود 5886 مگاوات از گیاهان جنگل و بقایای کشاورزی، 3308 مگاوات ظرفیت تولید برق از زباله های شهری و 539 مگاوات از سایر مواد نظیر گاز حاصل از دفن زباله است. حداکثر تولید برق از زیست توده به صورت برق بار پایه در سیستم توزیع برق موجود استفاده می شود..
راه های تامین منابع انرژی زیست توده
یکی از راه های تامین منابع انرژی زیست توده، کاشت درختان یا درختچه های مناسب (با دوره رشد کوتاه و سریع) در زمین های نامرغوب و نیمه بایر است. گر چه سوزاندن این منابع، گاز دی اکسید کربن را در جو منتشر می کند، اما چون دوره کاشت و رشد و نمو آنها دائمی است، به همان اندازه دی اکسیدکربن از جو زمین جذب می کنند و با استفاده از انرژی خورشیدی، از طریق فتوسنتز، اکسیژن تولید می کنند. بدین ترتیب، یک "چرخه کربن خنثی" در طبیعت پدید می آید. همچنین چوب ها و یا بعضی از زباله ها می توانند سوزانده شوند تا بخار آّب تولید شود و از آن برای تولید الکترسیته استفاده می شود. البته سوزاندن بیومس تنها راه آزاد سازی آنها نیست. بیومس ها می توانند به اشکال دیگری انرژی قابل استفاده در اختیار ما قرار دهند. مثل گاز متان، اتانول و بیودیزل. گاز متان جزء اصلی گاز طبیعی است. مواد بدبو مثل آشغال های گندیده و ضایعات کشاورزی و فضولات انسانی گاز متان آزاد می کنند که زیست گاز نامیده می شود. یکی دیگر از از منابع بیومس زباله ها هستند که ضایعات جامد شهری (MSW)نام دارند. زباله هایی که از محصولات گیاهی یا جانوری به دست می آیند بیومس هستند. غذاهای دورریز و چمن های کنده شده نمونه هایی از زباله های بیومس هستند. مواد بدبو مثل آشغال های گندیده و ضایعات کشاورزی و فضولات انسانی گاز متان آزاد می کنند که زیست گاز نامیده می شود.
تولید انرژی از زیست توده چگونه است؟
تولید انرژی از منابع زیست توده (همانند سوختهای فسیلی) به منظور تولید الکتریسیته و حرارت می باشد. منابع زیست توده یکی از قدیمی ترین منابع انرژی در جهان می باشد.
این منابع در صورت استفاده مستقیم قابلیت تولید حرارت را دارا می باشند. و در صورت تولید سوختهای زیستی یا بیوگاز قابلیت استفاده در موتور ژنراتورها یا پس از تولید بخار آب در توربین ژنراتورها را جهت تولید برق دارد.
چگونگی بدست آوردن انرژی از Biomass :
همانگونه که برای بدست آوردن انرژی از نفت خام بایستی آنرا پالایش کرد تا آماده استحصال انرژی گردد، بایستی بر روی Biomass فرآیند های صورت گیردکه بتوان از آن انرژی بدست آورد.به طورکلی به روشها،فرآیند ها و تجهیزاتی که بتوان با استفاده از آنها از Biomass تولید انرژی کرد Biorefinery گویند. در حقیقت Biorefinery در مقابل refinery در صنعت نفت و گاز قرار می گیرد.
روشهای تولید انرژی در Biorefinery :
1. sugar platform : این روش برپایه واکنشها و فرایندهای بیوشیمیائی قرار دارد.
2. Thermochemical Platform : این روش برپایه فرایندهای ترموشیمیائی قرار دارد.
sugar platform
بطـورکـلی در ایـن روش بیومـس ها را به شکـر یا دیگـر خـوراک هایی که قابلیت تخمیر را دارندتبدیل می کنند.درگام بعد موادحاصل را به وسیله باکترها، میکروارگانیسم ها و دیگر مخمرها تخمیر می کنند و در انتها با فرایندهایی که بر روی مواد حاصل صورت می گیرد محصولاتی مانند الکل یا غیره که بتوان از انها انرژی بدست آورد تولید می گردد.
گازی سازهای زیست توده چیست؟
گازی سازهای زیست توده، راکتورها می باشند که قابلیت تولید گازهای سوختی در غیاب اکسیژن را دارند. ارزش حرارتی این گازها کمتر از ارزش حرارتی گازهای سوختی طبیعی می باشد. این گازها بیوگاز نامیده می شوند.
چرخه تولید بیوگاز

گیاهان توسط حیوانات مصرف شده و از فضولات حیوانی و زباله های دیگر، بیوگاز تولید می گردد و بیوگاز را میتوان جهت مصارف گرمایی و هم برای تولید برق استفاده نمود. گازهای ایجاد شده می تواند مجدداً و با فتوسنتز دوباره در رشد گیاهان مورد مصرف قرار گیرد.
طرح شماتیک از سیستم نیروگاه بیوگاز:

بیوگاز تولیدی با یک بلوئر به یک مخزن جدا کننده آب و H2S رفته و پس از جداسازی آنها وارد کمپرسور بیوگاز میشود و از یک چیلر رطوبتگیر گذشته و وارد یک میکروتوربین می گردد. گاز خروجی، از یک مبدل حرارتی گذشته و جهت گرم کردن هاضم بیوگاز استفاده می گردد.
مکانیزم عملکرد زیست گاز
دستگاه مبدل گاز بایومس با گرم کردن بایومس در محیط زیست عمل می کند و در آنجا بایومس جامد تجزیه می شود و گاز قابل اشتعال از آن متصاعد می گردد. این طریق تولید انرژی نسبت به مستقیماً سوزاندن بایومس برتری دارد. بیوگاز حاصل از تجزیه زیست توده را می توان تمیز کرد و از صافی گذراند و به این وسیله ترکیبات شیمیائی موجود در آن را از آن جدا کرد. این گاز را می توان در سیستم های تولید برق با راندمان بیشتر مصرف کرد که به آن سیکل ترکیبی گفته می شود. در این سیستم برای تولید برق، توربین های گازی و توربین های بخار با هم ترکیب می شوند. راندمان این سیستم را می توان به 60 درصد افزایش داد. سیستم های تبدیل به گاز را می توان با سیستم های پیل سوختی برای کاربردهای آینده با یکدیگر ترکیب کرد. پیل سوختی با استفاده از فرایند الکتروشیمیایی (و حرارت) گاز هیدروژن را به برق تبدیل می کند. در اینصورت بخش عمده ماده ای که در هوا متصاعد می شود بخار آب خواهد بود. با کاهش هزینه پیل های سوختی و دستگاه های مبدل گاز در بایومس این سیستم ها به سرعت روبه افزایش گذاشته خواهد شد. در سیستم های مدون بعضی از فناوری های فوق الذکر در مقیاس کوچک تری که غالباً در دهکده ها، مزارع و صنایع کوچک قابل اجرا است بکار برده می شود.
میزان بهره گیری بیوماس برای تولید انرژی امروزه، چه میزان است؟
و بعد از سوختهای فسیلی زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، زیست توده چهارمین منبع بزرگ انرژی در جهان است که برای تولید حرارت (بخاریهای هیزمی در منازل و تولید حرارت و آب گرم در صنایع) پخت و پز (خصوصاً در کشورهای در حال توسعه) حمل و نقل (سوختهای زیستی اتانول بیو دیزل) و تولید انرژی الکتریکی بکار می رود. طبق برآرودهای انجام شده در تمام دنیا Btu 15 10278 ظرفیت نصب شده زیست توده می باشد که Btu 15 107.2 فقط در آمریکا نصب شده است.

چرخه زیست توده در طبیعت
بخشی از تشعشع خورشید که به اتمسفر زمین می رسد، بواسطه فرایند فتوسنتز در گیاهان جذب و ذخیره می شود. ماکزیمم راندمان تبدیل انرژی خورشیدی در این فرایند بین ۵ تا ۶ درصد است. گیاهان بعنوان منابع ذخیره کربن هستند و CO2 را از هوا جذب کرده و بصورت کربن ذخیره می نمایند. وقتی گیاهی توسط جانوری خورده می شود، بخشی از کربن موجود در گیاه خورده شده به انرژی تبدیل می شود و بخشی دیگر دربافت های زنده ذخیره می گردد. بخش سوم نیز با فضولات حیوانی دفع می گردد. در صورتی که چوب یا گیاهان سوزانده شوند، علاوه بر انرژی، بخش اعظمی از کربن ذخیره شده بصورت کربن دی اکسید آزاد می شود و بخشی نیز در خاکستر باقی می ماند.

میزان نشر مواد آلاینده ناشی از احتراق مستقیم بیومس، معمولا کم تر از سوخت های فسیلی است. به علاوه، استفاده و بهره برداری تجاری از بیومس، می تواند مشکلات مربوط به انهدام زباله ها در سایر صنایع از جمله جنگل داری و تولید چوب و کاغذ، فراوری مواد غذایی، و به خصوص ضایعات جامد شهری را حذف یا کاهش دهد.

منابع زیست توده (بیوماس) کدامند؟
منابع زیست توده که برای تولید انرژی مناسب هستند، طیف وسیعی از مواد را شامل می شوند که بصورت عمده به شش گروه تقسیم می شوند:
· سوختهای چوبی
· زائدات جنگلی، کشاورزی، باغداری و صنایع غذایی
· زائدات جامد شهری (زباله ها)
· فضولات دامی
· فاضلابهای شهری
· فاضلابها، پسماندها و زائدات آلی صنعتی
مزایای بهره گیری از منابع زیست توده چیست؟
این منابع جزء منابع تجدیدشوند می باشند چرا که با بهره گیری از این منابع مجدداً بطور طبیعی رشد و نمو پیدا می کنند ضمن اینکه تولید CO2 این منابع (در صورت بهره گیری از آنها) بطور طبیعی بوده و تولید گازهای گلخانه ای نمی کند. از دیگر سو بعنوان یک منبع ذخیره انرژی خورشیدی عمل می کنند که می توان در مواقع لزوم از آن بهره گیری نمود.
در میان سایر منابع تجدیدشونده تنها منبعی هستند که قابلیت تولید سوختهای مایع، جامد و گازی را دارا می باشند و این به معنای کاربرد گسترده آن می باشد.

سوختهای گیاهی و انرژی بیومس
سوختهای گیاهی به دست آمده از پسماندهای جنگلی و محصولات کشاورزی جهان، به نوعی بزرگترین منبع ذخیره ی انرژی خورشیدی به شمار می آید، و می تواند سالانه به اندازه ی 70 ملیارد تن نفت خام، انرژی در دسترس بشر قرار دهد. این میزان 10 برابر مصرف سالانه انرژی در جهان است. نکته ی مهم در به کار گیری این منبع، آن است که حاصل از سوختهای گیاهی دوباره توسط گیاهان تازه جذب و مصرف خواهد شد، و هیچ اثری در پدیده ی گلخانه ای و گرم شدن زمین نخواهد داشت.
گفتیم بیومس نوعی انرژی خورشیدی است، زیرا گیاهان انرژی خورشید را جذب می کنند و عمل فتوسنتز را انجام می دهند. انرژی شیمیایی موجود در گیاهان به وسیله ی انسان ها و حیواناتی که آنها را می خورند جذب می شود. بیومس یک منبع انرژی تجدید پذیر است زیرا همیشه می توانیم درختان و گیاهان را پرورش دهیم و همیشه زمین کشاورزی برای این کار وجود دارد. نمونه هایی از سوخت های بیومس چوب، ذرت، کود و بعضی زباله هستند.
انرژی شیمیایی موجود در سوخت های بیومس، هنگام سوختن به صورت گرما آزاد می شود و می تواند به عنوان گرم کننده ی ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرد.
همچنین چوب ها و یا بعضی از زباله ها می توانند سوزانده شوند تا بخار آّب تولید شود و از آن برای تولید الکترسیته استفاده می شود. البته سوزاندن بیومس تنها راه آزاد سازی آنها نیست. بیومس ها می توانند به اشکال دیگری انرژی قابل استفاده در اختیار ما قرار دهند. مثل گاز متان، اتانول و بیودیزل. گاز متان جزء اصلی گاز طبیعی است. مواد بدبو مثل آشغال های گندیده و ضایعات کشاورزی و فضولات انسانی گاز متان آزاد می کنند که زیست گاز نامیده می شود.
یکی دیگر از از منابع بیومس زباله ها هستند که ضایعات جامد شهری ( MSW )نام دارند. زباله هایی که از محصولات گیاهی یا جانوری به دست می آیند بیومس هستند. غذاهای دورریز و چمن های کنده شده نمونه هایی از زباله های بیومس هستند. مواد بدبو مثل آشغال های گندیده و ضایعات کشاورزی و فضولات انسانی گاز متان آزاد می کنند که زیست گاز نامیده می شود.
امروزه بیومس ها 3 درصد از انرژی مورد استفاده در ایالات متحده ی آمریکا را تامین می کنند. مردم آمریکا سعی می کنند که استفاده از سوخت های بیومس را افزایش داده و استفاده از سوخت های فسیلی را کم کنند. استفاده از سوخت های بیومس به عنوان انرژی ضایعات را کاهش داده و موجب حمایت از کشاورزان و محصولات آنها می شود.
بررسی مکانیزم عملکرد زیست توده :
بایومس در دیگ بخار یا بویلر سوخته و بخار آب با فشار زیاد تولید می شود. این بخار آب وارد توربین بخار می شود و در آن جا از مجموعه ای از تیغه های توربین که به شکل آئوردینامیک است حرکت می کند و توربین را به چرخش درمی آورد. این توربین به یک ژنراتور الکتریکی متصل است و این ژنراتور به حرکت درمی آید و برق تولید می شود. در حالیکه فناوری تولید بخار بسیار مطمئن و قابل اعتماد است راندمان آن محدود است. قدرت دیگ های بخار مخصوص بایومس نوعاً بین 20 تا 50 مگاوات است که آن را با نیروگاه های ذغال سنگی با قدرت بین 100 تا 1500 مگاوات می توان مقایسه کرد. این نیروگاه های کم ظرفیت از راندمان پائین تری برخوردارند و به دلیل مبادلات اقتصادی نیروگاه های کوچک نمی توانند از عهده هزینه تجهیزات افزایش دهنده راندمان برآیند. اگرچه فنونی برای افزایش راندمان تولید بخار آب از طریق بایومس تا بیش از 40 درصد وجود دارد ولی راندمان واقعی این گونه نیروگاه ها در حدود20 درصد است. در فناوری ترکیبی سوخت بایومس و ذغال سنگ بایومس جای بخشی از ذغال سنگ را در نیروگاه های ذغال سنگی موجود می گیرد. انتخاب مصرف زیست توده برای تولید برق اقتصادی ترین روش به شمار می رود. چون اغلب تجهیزات نیروگاه های موجود بدون تغییر عمده می توانند مورد استفاده قرار گیرند. سیستم سوخت ترکیبی ذغال سنگ و بایومس کم هزینه تر از ساخت نیروگاه بایومس است. بایومس دی اکسید گوگرد SO2)، اکسیدهای نیتروژن NOX و سایر آلاینده های هوا را کاهش می دهد. پس از تنظیم دیگ بخار برای حداکثر تولید برق با اضافه کردن بایومس تلفات بسیار ناچیز در راندمان ایجاد می شود یا اصلاً هیچگونه تلفاتی بوجود نمی آید. در این شرایط انرژی موجود در بایومس با راندمان بالا (حدود 33 تا 37 درصد) در نیروگاه ذغال سنگ به برق تبدیل می شود.
تقسیم بندی انواع منابع زیست توده
پسماندهای جامد: شامل مواد زائد جامدی هستند که از مراکز تجاری، اداری، خانگی و برخی صنایع حاصل می شود. این مواد یک منبع مناسب برای تولید انرژی می باشند. فرایندهای تبدیل و تولید مواد و انرژی از زباله در دنیا توسعه یافته و پروژه های زیادی در زمینه تولید انرژی (برق -حرارت) از زباله در دنیا مورد بهره برداری قرار گرفته اند.
دورریزهای جامد شهری را می توان به مواد ذیل طبقه بندی نمود
دورریزهای غذایی:بقایای حیوانات و میوه یا سبزی (آشغالها) ناشی از حمل و نقل، آماده‎سازی، پختن و یا خوردن غذا، همچنین مواد غذایی فاسد که بویژه در هوای گرم سریعاً تجزیه می‎شند.
زباله (به غیر از مواد غذایی):مواد زاید جامد قابل احتراق و غیرقابل احتراق به استثنای مواد زاید یا سایر مواد فاسد شدنی. عموماً زباله قابل احتراق از موادی مانند:کاغذ، مقوا، پلاستیک،پارچه، لاستیک، چرم، چوب، اثاث منزل و تزیینات باغ و گیاه تشکیل می‎شود. زباله غیرقابل احتراق عبارت است از اقلامی نظیر شیشه، بلور، قوطی‎های حلبی، قوطی‎های آلومینیومی، فلزات آهنی و غیرآهنی، چرک و کثافات و نخاله‎های ساختمانی.
خاکسترها و بقایا:موادی که از سوختن چوب، زغال سنگ، زغال و سایر مواد زاید قابل احتراق باقی می‎مانند. بقایای حاصل از نیروگاهها معمولاً در این گروه طبقه‎بندی نمی‎شوند. خاکسترها و بقایا به طور عادی شامل مواد ریز پودری شکل و مقادیر اندکی از موادی است که بطور ناقص سوخته‎اند.
مواد زاید حاصل از تخریب و نخاله‎های ساختمانی:مواد زاید حاصل از ساختمانهای تخریب شده و سایر ساختمانها در ضمن مواد زاید حاصل از تخریب طبقه‎بندی می‎شوند. مواد زاید ساختمانی، قالب ریزی و تعمیر ساختمانهای مسکونی، تجاری و صنعتی و سازه‎های مشابه به عنوان نخاله‎های ساختمانی شناخته می‎شوند. این مواد شامل کثافات، سنگها، بتون، آجرها، پلاستر، چوب، تیرهای چوبی،لوله‎کشی، تاسیسات حرارتی و الکتریکی می‎شوند.
مواد زاید مخصوص :مواد زایدی مانند مواد جاروب شده خیابانی، زباله‎های کنار جاده، بقایای حاصل از ویرانی، جانوران مرده و وسایل نقلیه اسقاط جزو مواد زاید مخصوص طبقه‎بندی می‎شوند.
مواد زاید حاصل از واحدهای تصفیه :مواد زاید جامد و نیمه جامد حاصل از آب، فاضلاب و تاسیسات صنعتی تصفیه پساب در این گروه طبقه‎بندی می‎شوند.
ضایعات جامد ، فاضلابهای شهری و فضولات دامی
ضایعات جامد شهری را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
زباله های معمولی: مانند زباله منازل ، ادرات ، فروشگاهها و رستورانها (پسماند مواد غذایی ، کاغذ ، کارتن و …) ، زباله های حجیم خانگی (وسایل چوبی مانند کمد ، میز و …) زباله باغها و گلخانه ها (شاخه و برگ و …).
زباله های ویژه: مانند زباله های صنعتی ، نخاله های ساختمانی ، لاستیکهای فرسوده ، مواد تابش زای هسته ای (رادیواکتیو) و زباله های آلوده بیمارستانی.
بهترین روش برای حذف ضایعات جامد دسته اول و استفاده بهینه از آنها ، تهیه کمپوت (تجزیه مواد آلی رطوبت و گرما ، در شرایط شرایط هوازی) است. کود حاصل از این روش ، بسیار غنی است و از آن می توان در گلخانه ها ، باغها و مزارع استفاده کرد. با توجه به حجم بسیار زیاد زباله در شهرهای مختلف (به عنوان مثال روزی 500 تن زباله در شهر اصفهان) ، روش تهیه کمپوت بسیار مقرون به صرفه است. در حال حاضر ، سازمان بازیافت و تبدیل مواد شهرداریهای تهران و اصفهان به انجام این مهم می پردازد. در کشورهای مختلف با استفاده از روشهای گازی کردن و پیرولیز ، ضایعات جامد را به گاز تبدیل می کنند. گاز حاصل ، در مولدها و توربینهای بخار به برق تبدیل می شود.
از مهترین ضایعات جامد که معمولا به هدر می روند، می توان به پسماندهای آشپزخانه ای اشاره کرد. مکانهای بزرگی مانند کارخانه ها ، هتلها ، مسافرخانه ، رستورانها ، ادارات ، بیمارستانها و … دارای آشپزخانه های بزرگی هستند. ضایعات این آشپزخانه زیاد است و بیشتر شامل باقیمانده غذاهای پخته شده و پوست میوه ها و سبزیها می باشد. این اماکن برای حمل و دور ریختن زباله ، مبالغ زیادی هزینه می کنند. بدتر از همه اینکه زباله ها غالبا در فضای باز رها می شوند و محیط زیست را آلوده می کنند. سوزاندن آنها نیز با ورود مشتقات گوگرد ، هیدروکربنهای کلری و مواد سنگین به جو زمین می شود و آلودگی هوا را به همراه دارد.
در این آشپزخانه ها از سوختهایی مانند گاز طبیعی ، نفت سفید ، چوب ، زغال یا برق برای پخت و پز استفاده می کنند، در حالی که پسماندهای آشپزخانه ای منبع مناسبی برای تولید زیست گاز هستند و تعبیه یک گوارنده کوچک در کنار آشپزخانه ، انرژی مورد نیاز را تامین می کند. زیست گاز حاصل نه تنها جایگزین سوختهای سنگواره ای مورد استفاده در آشپزخانه می شود، بلکه حتی برای تامین روشنایی نیز می توان از آن استفاده کرد. کود حاصل از تخمیر بی هوازی را نیز می توان برای تغذیه خاک باغچه مکان مورد نظر بکار برد. بازده تولید گاز ، 100 لیتر به ازای هر کیلوگرم ضایعات آشپزخانه ای است. استفاده از گوارنده های تولید زیست گلاز از پسماندهای آشپزخانه ای ، در کشور هند بسیار رایج است.
فاضلابهای شهری و روستایی از عمده ترین آلاینده های محیط زیست هستند. این فاضلابها انرژی نهفته قابل ملاحظه ای دارند و بهترین روش آزاد سازی این انرژی ، تخمیر بی هوازی فاضلاب و تولید گاز متان است که می توان از آن برای گرمایش یا به حرکت در آوردن موتور مولد و تولید الکتریسیته استفاده کرد. فضولات دامی نیز انرژی نهفته قابل ملاحظه ای دارند و می توانند در تولید زیست گاز مورد استفاده قرار گیرند. در کشور ما ، 72 میلیون راس دام وجود دارد که می توان از فضولات آنها ، روزانه حدود 4 میلیون متر مکعب گاز متان – معادل 25500 بشکه نفت خام- بدست آورد.
در زمینه تولید زیست گاز ، برنامه های عظیمی در چین و هند به انجام رسیده است. در کشور چین ، بیش از 7 میلیون متر مکعب زیست گاز تولید می کنند. زیست گاز حاصل از این گوارنده ها ، نیازهای انرژی 50 میلیون روستایی را تامین می کند. در کشور ما ، توسط برخی از موسسات پژوهشی و دانشگاهی ، بررسیهایی در زمینه تولید زیست گاز انجام گرفته و منجر به ساخت 60 دستگاه آزمایشی زیست گاز شده است. سازمان انرژیهای نو وزارت نیرو ، مهمترین اهداف تولید زیست گاز را در کشورمان ، به شرح زیر خلاصه کرده است:
تولید انرژی
پیشگیری از آلودگیهای زیست محیطی ناشی از فضولات شهری و روستایی
تولید کود غنی و بهداشتی از هزاران تن لجن ، فاضلاب و فضولات کشتارگاهها

انواع دوریزها و پسماندهای جامد
مواد زائد شهری: به مواد ناشی از فعالیتهای که در محیط سکونت انسان تولید شده و بصورت جامد دور ریختنی تلقی می شود.
مواد زائد صنعتی: مواد ناشی از فعالیتهای صنعتی.
مواد زائد خطرناک: مواد زائدی که برای انسانها یا جانوران یا گیاهان خطر آفرین باشد.
دوریزهای خطرناک نیز معمولاً به گروههای زیر تقسیم می شوند
مواد رادیواکتیو
ترکیبات شیمیایی
مواد زاید بیولوژیکی
مواد زاید قابل اشتعال
مواد منفجره
فاضلابهای شهری
سالانه میلیونها تن لجن در فرایند تصفیه فاضلاب در تصفیه خانه های شهرها و صنایع مختلف تولید می گردد که دارای پتانسیل مناسبی برای تولید انرژی می باشد. در حالیکه دفع و دفن این لجن ها از معضلات اساسی تصفیه خانه ها بوده و هزینه های گزافی در این زمینه صرف می گردد. با بهره گیری از فناوریهای مناسب می توان ضمن حل معضل این پسماندهای آلی به تولید انرژی پاک اقدام نمود.

ضایعات فاضلابهای صنعتی
در پساب برخی از کارخانه ها مانند صنایع نساجی ، الکل سازی ، چوب و کاغذ و پساب و ضایعات صنایع غذایی مانند پنیر سازی و تویلد آب میوه ، مقدار زیادی زیست توده وجود دارد که می توان از آنها برای تولید انرژی و غذای دام استفاده کرد. حدود 20 درصد از وزن میوه را تفاله تشکیل می دهد (بسته به نوع میوه ، این مقدار بین 9 درصد تا 25 درصد متغیر است). طبق آمار وزارت کشاورزی در سال زراعی 72-71 ، حدود 1220000 تن تفاله تنها از میوه های انگور ، سیب درختی و مرکبات در کشور ما حاصل شده است. یک کارخانه آب میوه با ظرفیت 190 متر مکعب در روز ، بطور متوسط 100 تن تفاله تولید می کند. اگر کارخانه در تمام روزهای سال کار کند، تفاله تولیدی به 36500 تن در سال می رسد.
چنانچه از این تفاله ها برای تولید الکل استفاده شود (با تبدیل 5 درصد وزن)، از همین یک کارخانه سالانه 1825 تن (2.3 میلیون متر مکعب) الکل بدست می آید که صرفه اقتصادی چشمگیری را به همراه دارد. یکی دیگر از صنایع غذایی که فاضلاب آن آلودگی شدید در محیط زیست ایجاد می کند، صنایع پنیر سازی است. آب پنیر مایعی است که پس از حذف چربی و کازئین شیر ، طی فرآیند پنیر سازی بدست می آید. تولید سالانه در کشور ما بیش از 80 هزار تن است که 20 هزار تن آن در واحدهای صنعتی تولید می شود. با توجه به اینکه بطور میانگین از تهیه هر کیلوگرم پنیر ، 8 کیلوگرم آب پنیر استحصال می شود، در هر سال 160 هزار تن آب پنیر در کارخانه های پنیر سازی ایران تولید و در محیط رها می شود. از آب پنیر ، هم به منظور غذای دام و هم برای تولید الکل می توان استفاده کرد. در صنایع غذای دام ، با پرورش موجودات زنده ذره بینی که می توانند پروتئین زیادی را در خود جمع کنند و رشد بسیار خوبی بر روی آب پنیر دارند، زیست توده بسیار غنی و مغذی تهیه می کنند، که پس از خشک کردن و آسیاب کردن ماده حاصل ، آن را به مصرف غذای دام می رسانند. در بسیاری از کشورهای جهان ، از آب پنیر به منظور تولید الکل استفاده می شود. در کشور ما فعالیتهایی در این زمینه انجام شده است. به عنان مثال ، می توان به تولید اتانول از آب پنیر ، در کاخانه شیر پاستوریزه اصفهان اشاره کرد.
زائدات کشاورزی و جنگلی
این دسته از منابع زیست توده ، شامل گیاهان مختلفی مانند ذرت ، برنج ، سیب زمینی ترشی (سورگم) ، نیشکر ، انواع میوه ، گیاهان روغنی و ضایعات آنها مانند سبوس برنج ، کاه و غره است. هر سال که در سراسر جهان مقدار زیادی محصولات کشاورزی تولید می شود ضایعات فراوانی نیز ایجاد می گردد که اکثرا بطور کامل ، مورد استفاده قرار نمی گیرد. بطور نسبی ، 25 درصد وزن هر محصول کشاورزی تفاله است، 25 درصد وزن برنج ، متعلق به سبوس آن است. حدود 45 درصد از بادام زمینی نیز پوته است. مطالعات انجام شده نشان می دهد که به لحاظ نظری می توان نیازهای سوخت خانگی مناطق روستایی را از طریق ضایعات تامین کرد.
الکل و بیو دیزل ، دو فرآورده انرژی زای مهمی هستند که از محصولات و ضایعات کشاورزی بدست می آیند. مخلوط 22 درصدی اتانول با بنزین (موسوم به گازوئیل) ، بدون تغییر ساختمان موتورهای احتراق داخلی ، در بیش از ده میلیون خودرو ، مورد استفاده قرار رفته است. طرح "پروالکل" در برزیل ، موفقترین برنامه تولید "زیست انرژی" جهان است. طی این برنامه ، سالانه 12 گیگالیتر اتانول (عمدتا از ضایعات نیشکر) تولید می شود که 62 درصد مصرف سوخت خودروهای این کشور را تامین می کند. کشورهای زیمبابوه ، مالاوی و آمریکا نیز مدتی است که برنامه سوخت الکلی (با استفاده از ذرت – نیشکر) را آغاز کرده اند. از جمله محصولات کشاورزی مهم که برای تولید الکل بسیار مناسب است، می توان به سورگم (سیب زمینی ترشی) اشاره کرد. آزمایشهای انجام شده ، نشان می دهند که از تن غده سیب زمینی ترشی ، 85 لیتر اتانول تولید می شود. درصورتی که از هر هکتار 40 تن محصول برداشت شود، بیش از 3000 لیتر الکل از هر هکتار بدست می آید.

چوب یا همان سوخت های چوبی اصطلاحی است، شامل انواع سوختهای حاصل از جنگل کاری، ضایعات حاصل از بهره برداری منابع جنگلی، ضایعات حاصل از صنایع تبدیلی چوب، صنایع چوب و کاغذ و تاسیسات پردازشی مجاور مناطق جنگلی که می تواند به عنوان یک ماده اولیه جهت احداث نیروگاه برای تامین انرژی همان صنایع یا صنایع دیگر مورد استفاده قرار گیرد. زائدات کشاورزی نیز مواد سرشار از انرژی بوده که ارزش غذایی برای انسان ندارند. سالانه میزان زیادی از زائدات کشاورزی نظیر کاه و کلش غلات، شاخه و برگ انواع گیاهان و محصولات باغی در مراحل مختلف کشاورزی تولید می گردد که می تواند در فرایند تولید انرژی مورد استفاده قرار بگیرد.

جنگلهای و ضایعات جنگلی
چوب ، خرده های چوب و خاک اره ، از منابع جنگلی زیست توده به شمار می روند. این منبع انرژی از قرنها پیش برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گرفته است. حدود صد و پنجاه سال پیش ، 75 درصد از انرژی مورد نیاز بشر از زیست توده (عمدتا از جنگلها و ضایعات جنگلی) تامین می شد. در حال حاضر ، سالانه در جهان بیش از 1.2 گیگاتن چوب به مصرف تولید انرژی می رسد. بسیاری از صنایع کشورهای در حال توسعه ، مانند صنایع پخت نان ، فرآوری محصولاتی مانند شکر ، چای ، قهوه ، نارگیل ، کاکائو و کارخانه های آجرپزی و آهک پزی ، از این ضایعات به عنوان سوخت استفاده می کنند.
به اعتقاد کارشناسان فائو (سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد) ، ترویج وتوسعه کشاورزی و جنگلداری ، مهمترین راه پیشگیری از فقر غذایی و تامین انرژی مورد نیاز مردم جهان است. درختستانهای انرژی ، اخیرا در برخی از کشورهای اسکاندیناوی و خاور دور توسعه یافته اند. وسعت جنگلهای انرژی در کشور برزیل ، بالغ بر 2 میلیون هکتار است که عمدتا به کشت اوئکالیپتوس اختصاص یافته اند. تولیدات حاصل از این جنگلها 50 – 30 تن در سال است.
مساحت جنگلهای ایران در سال 1374، افزون بر 21.3 میلیون هکتار بوده است. میزان زیست توده جنگلهای کشور ، حدود 556.2 تن در هکتار برآورد شده است که 446 تن در هکتار آن متعلق به جنگلهای شمال است. مساحت مراتع کشور در همان سال ، حدود 90 ملیون هکتار و زیست توده آن ، حدود 12 میلیون تن تخمین زده شده است. احیاء و توسعه جنگلها ، علاوه بر تولد انرژی ، بسیاری از مشکلات زیست محیطی مانند آلودگی هوا ، فرسایش و رانش خاک ، ناپایداری شیبها ، زایش مواد معدنی خاک و نابودی بوم سازگان (اکوسیستمهای) طبیعی را کم می کند.
فضولات حیوانی
فضولات حاصل از دام و طیور سرشار از مواد آلی بوده و در فرایند تولید انرژی می تواند بعنوان یک ماده اولیه مناسب در نیروگاه های زیست توده مورد استفاده قرار گیرند.
پسماندهای صنایع غذایی و کشاورزی
در فرایندهای تولید و تبدیل در صنایع غذایی و کشاورزی سالانه مقدار زیادی پسماندهای آلی جامد و مایع تولید می گردد که می تواند ماده اولیه مناسبی برای نیروگاههای زیست توده باشد. انرژی حاصل از این پسماندها می تواند در همان صنایع و یا صنایع دیگر مورد استفاده قرار گیرد. استفاده از این ضایعات در فرایند تولید انرژی واحداث نیروگاههای زیست توده می تواند در راستای توسعه پایدار در صنعت کشاورزی مد نظر قرار گیرد.
کاربردهای انرژی زیست توده
امروزه برای منابع مختلف زیست توده و کاربردهای گوناگون آن، تکنولوژی های زیادی توسعه یافته و یا در حال توسعه می باشند. منابع زیست توده با فناوری های مختلف تولید انرژی، به صورتهای مختلف انرژی نظیر برق، حرارت و سوخت تبدیل می گردند. نمودارهای ذیل با انواع کاربردهای انرژی زیست توده اشاره دارد.

مصارف غیر نیروگاهی زیست توده
بخش اعظمی از سهم انرژی زیست توده در تامین انرژی اولیه مصرفی جهان به کاربردهای حرارتی و احتراق مستقیم بویژه در کشورهای در حال توسعه اختصاص دارد. عمده ترین کاربرد منابع زیست توده در تامین حرارت و پخت وپز می باشد.
مزیتهای نسبی سوخت های زیستی
هر چند که برای تامین نیازهای اساسی سوختهای زیستی منابع متعدد گیاهی وجود دارد اما با این وجود برای هر کشوری که زمینه و پتانسیل خاص خود را داشته باشد می توان به گونه ای این موضوع حیاتی را در نظر گرفت.مثلا در کشوری مانندامریکا که امکان تولید ذرت در انجا زیادتر است تمایل به سمت تولید این محصول نتایج بسیار پر باری را به همراه خواهد داشت و عمده سرمایه گذاری ها بر روی عملکرد این محصول متمرکز شده است.به همین خاطر بنابر نیازهای هر کشور باید طبقه بندی های لازم صورت گیرد تا راندمان و بهره وری بالایی را داشته باشیم.
مثلا درمورد بیو اتانول که همان اتانول یا الکل معمولی می باشد ، اما به جهت سازگاری با محیط زیست، " بیواتانول " نامیده می شودو مشتمل بر کربوهیدرات پیچیده در نباتات می باشد و پتانسیل یک سوخت را دارا می باشد،مزیت های زیر عنوان می شود:
* تولید بیواتانول از نیشکر و محصولات دیگر ( غلات ، ذرت و چغندر قند ) صورت می گیرد.
* اتومبیلی که با سوخت اتانول کار می کند دارای انتشارات دی اکسید کربن نیز هست ولی میزان آن برابر میزان دی اکسید کربنی است که گیاهان در طی مدت زمان رشدشان جذب می کنند و از اینرو انتشار این میزان CO2 بی اثر است.
* بیواتانول در مقایسه با بنزین معمولی ، 30-65 درصد CO2 را کاهش می دهد اما این میزان کاهش بستگی به چگونگی تولید اتانول و همچنین نحوه کاربرد آن را دارد.کاهش CO2 در صورت استفاده از بیو اتانول در موارد زیر امکان پذیر است :
اتانول تولیدی از غلات و ذرت باعث کاهش 20-40 درصدی CO2 می شود. و همچنین اتانول تولیدی از نیشکر 30-50 درصد کاهش CO2 را به همراه دارد.بنابراین تولید و استفاده از بنزین اتانول دار در خودروها، آلودگی های زیست محیطی در این بخش را به حداقل کاهش خواهد داد و تولید این نوع از بنزین یک حرکت زیست محیطی به شمار می رود.
فناوری ها و سیستمهای استحصال انرژی از زیست توده :
امروزه برای منابع مختلف زیستتوده و کاربردهای گوناگون آن، تکنولوژیهای زیادی توسعه یافته و یا در حال توسعه میباشند. تکنولوژی های مختلف زیست توده در مراحل مختلف توسعه و معرفی به بازار قرار دارند و طیف وسیعی از توسعه آزمایشگاهی و نمونه سازی تا کاملاٌ تجاری شده را در بر می گیرند. در جدول زیر وضعیت فعلی و آتی برخی از تکنولوژی ها نمایش داده شده است.

تکنولوژی های مختلف زیست توده در مراحل مختلف توسعه و معرفی به بازار قرار دارند و طیف وسیعی از توسعه آزمایشگاهی و نمونه سازی تا کاملاٌ تجاری شده را در بر می گیرند.

نتیجه
زیست توده چهارمین منبع انرژی جهان است و حدود 14 درصد از نیازهای انرژی جهان را تامین می کتند. سوخت حاصل از فن آوریهای تبدیل زیست توده یا به حالت گاز (زیست گاز) و یا مایع (متانول ، اتانول و بیودیزل) است که برای تولید الکتریسیته و گرما مورد استفاده قرار می گیرد. تخمین زده شده است که اگر تنها 10 درصد از زمینهای کشاورزی جنگلها و درختستانها به تامین و تهیه زیست توده اختصاص یابد، تولید سالانه انرژی حاصل از زیست توده ، معادل چهار پنجم مصرف کنونی انرژی در جهان خواهد بود. در جوامع در حال توسعه که حدود سه چهارم جمعیت جهان را شامل می شوند، 35 درصد از انرژی مصرفی ، از طریق زیست توده تامین می شود.
استفاده از منابع زیست توده ، یکی از مناسب ترین و اقتصادی ترین راه حلهای تامین نیازهای اساسی انرژی مردم فقیر در مناطق دور افتاده است. در ایران با توجه به حجم چهار منبع عمده زیست توده (که در این مقاله به آنها اشاره شد) و فواید زیست محیطی این نوع انرژی و تجدید پذیر بودن آن ، توسعه کاربرد آن ، منطقی و مقرون به صرفه است.

منابع
مقاله زیست توده و کاربرهای آن، سایت سانا
ویکیپدیا
وبسایت وزارت نیرو
وبلاگ نیروهای تجدید پذیر
وبسایت کانون فرهنگی آموزش

مرجع بزرگ خرید و فروش فایل های قابل دانلود
دارای سیستم پیشرفته همکاری در فروش فایل
مشاوره در زمینه تدوین پروپوزال، پایان نامه، مقاله،…

www.FaraFile.ir

46