Σύγκριση της ενεργειακής δυναμικής των ευκαλύπτων Globulus και Nitens

Περίληψη:

Σε αυτή την μελέτη γίνεται μία σύγκριση ενεργειακής απόδοσης, στο ώριμο στάδιο, μεταξύ του ευκαλύπτου Globulus και Nitens. Η μελέτη έγινε σε έξι διαφορετικές φυτείες στην περιοχή Cantabria (βόρεια ακτή της Ισπανίας ), που βρίσκεται σε γεωγραφικό πλάτος 43-28΄Ν και γεωγραφικό μήκος 3-48΄W.  Η περιοχή διαθέτει περίπου  300.000 στρέμματα που προορίζονται για την ανάπτυξη ευκαλύπτου. 

Μετά τη συγκέντρωση των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε μία διαδικασία ζυγίσματος, ανάλυσης και καύσης, με  αποτέλεσμα την παραγωγή μιας καθαρής θερμογόνου δύναμης στα 17,384 kj/kg  για τον Globulus και τον Nitens αντίστοιχα.  Τέλος, οι οικονομικές και οι περιβαλλοντικές συνέπειες  της καλλιέργειας αυτών των ειδών στην περιοχή της Cantabria, αναλύθηκαν λεπτομερώς.

 

Εισαγωγή:

Μέχρι τον 20ο αιώνα, οι μορφές εκμεταλλεύσιμης ενέργειας που συνέβαλλαν στην ανάπτυξη  της ανθρωπότητας προέρχονταν κυρίως από ορυκτές εξορύξεις.  Η Ισπανία, όπως και άλλες χώρες στην Ευρωπαϊκή Ένωση, δεν διαθέτουν μεγάλα αποθέματα πετρελαίου και φυσικού αερίου, κάτι  που οδήγησε στην ανάγκη για ζήτηση ενέργειας εκτός συνόρων, γύρω στο 75%, της συνολικής ζήτησης. Αυτή η κατάσταση δικαιολογεί τη μακρά μελέτη πραγματοποιήθηκε και την ανάπτυξη εναλλακτικών μονάδων παραγωγής ενέργειας  οι οποίες να χρησιμοποιούν σαν πρώτη ύλη τοπικούς πόρους.  Στόχος, είναι με αυτό τον τρόπο να μειωθεί η  ενεργειακή εξάρτηση, και η χρήση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειες να αναδειχθεί σε ένα σημαντικό περιβαλλοντολογικό όφελος. Βιομάζα είναι οποιαδήποτε ουσία βιολογικής προέλευσης.  Η δασική βιομάζα ερμηνεύεται ως η υπάρχουσα οργανική ύλη σε ένα δασικό οικοσύστημα, πάνω και κάτω από το έδαφος, παρόλο που είναι χρήσιμη μόνο η επιφανειακή.  Στον τομέα της ηλεκτροπαραγωγής, ο όρος βιομάζα χρησιμοποιείται όταν αυτή χρησιμοποιείται σαν καύσιμο. Οι φυσικές περιοχές, δημιουργούν πολύ σημαντικά περιβαλλοντολογικά οφέλη  (προστασία του εδάφους, καταπολέμηση της διάβρωσης, άμυνα απέναντι στις πλημμύρες, αποστράγγιση άνθρακα) οικονομικά οφέλη (ξύλο, καυσόξυλα) και άλλες κοινωνικές και πολιτισμικές υπηρεσίες (τουρισμός). Έτσι, εκτός από την αποφασιστική συμβολή για την προστασία του περιβάλλοντος, αποτελεί και μια σημαντική βοήθεια στην κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη των αγροτικών περιοχών, όπως επίσης και στην ανάδειξη επιπλέον θέσεων εργασίας.  Σε αυτή τη μελέτη, η βιομάζα θεωρείται ότι έχει δασική προέλευση για διαφορετικά είδη ευκαλύπτου και πραγματοποιείται στην περιοχή της Cantabria της Βόρειας Ισπανίας.

 

Δασική βιομάζα στην περιοχή Cantabria:

Τα βιοκλιματικά και γεωγραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής, διαμορφώνουν τις κατάλληλες συνθήκες για την ανάπτυξη δασικών ειδών.  Τα δάση στην Cantabria, καλύπτουν περισσότερο από τα 2/3 του εδάφους και σχεδόν το 60% από αυτά χρησιμοποιείται.  

 

Τα είδη:

Η συμβατική χρήση του ευκαλύπτου στη βιομηχανία χαρτιού, οφείλεται στη μεγάλη περιεκτικότητα του ξύλου σε κυτταρίνη. Σε αυτή τη φάση το χρήσιμο μέρος του κορμού πηγαίνει για επεξεργασία, αφήνοντας στη φυτεία το υπόλοιπο του δένδρου (φλοιό, φύλλα, σπόρους, κτλ ) και άλλα απόβλητα. Τα κυρίαρχα είδη ευκαλύπτου στις παράκτιες ζώνες είναι ο Globulus, ενώ στα βουνά ή σε ζώνες με παγετό το καταλληλότερο είδος είναι ο Nitens. Ο Nitens, είναι ιδιαίτερα  ανθεκτικός  στις  χαμηλές  θερμοκρασίες, ωστόσο η παραγωγή κυτταρίνης είναι μικρότερη  σε σχέση με τον Globulus.  Επιπλέον, η παρουσία των εντόμων και οι μύκητες στον Globulus, όπως είναι  το σκαθάρι Gonipterus Scutellatus, στο ώριμο στάδιο ανάπτυξης του δέντρου και ο μύκητας Mycosphaerella Molleriana, στο πρώιμο στάδιο  προκαλούν μείωση της αξίας υπέρ του  Nitens, ακόμα και στο φυσικό χώρο ανάπτυξής του που είναι οι παράκτιες ζώνες.

 

Θερμογόνος Δύναμη και νερό:

Οι πιο σημαντικοί παράγοντες που χαρακτηρίζουν μια ουσία ως καύσιμη ύλη είναι η θερμογόνος απόδοσή της. Αυτή ορίζεται ως η ποσότητα της θερμότητας που παράγει όταν καίγεται, με περίσσεια οξυγόνου σε μια δεδομένη πίεση και θερμοκρασία. Ορίζονται δύο θερμογόνες δυνάμεις:

  • Μεικτή Θερμογόνος Δύναμη (ΜΘΔ), Όταν στα προϊόντα καύσης το νερό βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, δεν έχει απορροφήσει δηλαδή ενέργεια.
  • Καθαρή Θερμογόνος Δύναμη (KΘΔ),  Όταν στα προϊόντα καύσης το νερό βρίσκεται σε αέρια κατάσταση (υδρατμοί). Το νερό έχει απορροφήσει ενέργεια και η θερμογόνος δύναμη που έχει κατά συνέπεια, έχει μικρότερη τιμή από της ανωτέρας τιμής.

Η μέθοδος που χρησιμοποιείται δίνει το αποτέλεσμα της ΜΘΔ και η διαφορά ανάμεσα στις δύο είναι η ενέργεια που εξατμίζεται από το νερό στα προϊόντα της καύσης. Το νερό παρέχεται από την υγρασία του αέρα, την υγρασία της βιομάζας και το υδρογόνο της βιομάζας περιέχεται στα ξηρά απόβλητα. Η σχέση μεταξύ της ΜΘΔ και της ΚΘΔ, θεωρώντας ότι η εξατμιζόμενη θερμότητα του νερού είναι 2,442kJ/kg, μπορεί να εκφραστεί στην εξίσωση (1): NCV=GCV-2,442[0.001(Hb-Ha)+0.009Hd] (1) όπου Hd είναι το ποσοστό επί της % σε υδρογόνο σε ξηρό δείγμα, Hb είναι το ποσοστό επί της % σε υγρασία στα απόβλητα και Ha είναι το ποσοστό επί της % σε υγρασία στον θάλαμο καύσης. Η ΚΘΔ είναι περισσότερο σχετική όταν αναφερόμαστε σε καύσιμο,  καθώς είναι αυτή που συνήθως χρησιμοποιείται στην καύση. Ο προσδιορισμός της ΚΘΔ δεν είναι μόνο θεμελιώδης κατά την στιγμή της αξιολόγησης μιας ουσίας από ένα σημείο δύναμης, αλλά μας δίνει πληροφορίες για την ανάφλεξη και την δυνατότητα, πιθανότητα,  παραγωγής και εξάπλωσης της φωτιάς. Ένα άλλο μεταβλητό στοιχείο στην ενεργειακή μελέτη  αυτών των αποβλήτων είναι η υγρασία που περιέχεται σε αυτά. Αυτή η παράμετρος δεν ποικίλλει μόνο ανάλογα με την εποχή του χρόνου και το δείγμα που επιλέχτηκε,  αλλά και με το διάστημα ανάμεσα στην κοπή του δέντρου και την καύση του.

 

Πειραματική Διαδικασία:

Τα δασικά απόβλητα προέρχονται από διάφορα μέρη του δέντρου όπως είναι τα φύλλα, χοντρά κλαδιά (διάμετρος μεγαλύτερη από 3cm και μικρότερη από 7cm), λεπτά κλαδιά(διάμετρος μικρότερη από 3cm), σπόρους και το φλοιό. Από κάθε επιλεγμένη περιοχή κόπηκαν δύο δέντρα, όπου από κάθε μέρος του δέντρου συλλέχθηκαν δείγματα αποβλήτων. Από την στιγμή που τα δείγματα συλλέχθηκαν και ταξινομήθηκαν, μεταφέρθηκαν στο Ενεργειακό Εργαστήριο του Πανεπιστημίου της Cantabria όπου ζυγίστηκαν και αποτεφρώθηκαν με διαφορετικούς βαθμούς υγρασίας. Από κάθε δείγμα  παράχθηκε περίπου ένα γραμμάριο (συμπεριλαμβανομένης της υγρασίας). 

Ένα μέρος αυτού του δείγματος προοριζόταν για ανάλυση του βαθμού υγρασίας του και το άλλο για καύση στο θερμιδομετρητή,  προκειμένου να αναλυθεί η πιθανή ενέργειά του. Τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν στο εργαστήριο για τον χαρακτηρισμό των αποβλήτων  αποτελούνταν από έναν αναλυτή υγρασίας , μια ζυγαριά ακριβείας, και έναν θερμιδομετρητή. Ο αναλυτής υγρασίας ήταν ηλεκτρονικός, μοντέλο ΜΑ145 Sartorius που επιτρέπει την μέτρηση της υγρασίας από τα διαφορετικά μέρη του δέντρου που συνθέτουν απόβλητα με ευαισθησία 0,01%. Η αρχική του λειτουργία βασίζεται στην μέθοδο της θερμοβαρυτομετρίας έτσι,  το δείγμα πρώτα ζυγίστηκε και μετά αποξηράνθηκε για να γίνει η τελική δοκιμή.

 

Αποτελέσματα:

Η επίδραση φυσικών και γεωγραφικών παραμέτρων στις τιμές της ενέργειας είναι αμελητέα. Γι ΄ αυτό τον λόγο παρουσιάζεται μόνο ο μέσος όρος των τιμών από έξι φυτείες.

 

Πίνακας 1: Μέσος όρος Μεικτής Θερμογόνου Δύναμης (ΜΘΔ)(kJ/kg)

 

Globulus

Nitens

Φύλλα 12,848 17,033
Χοντρά κλαδιά 7,829 9,013
Λεπτά κλαδιά 7,621 12,105
Φλοιός 5,908 7,010
Σπόροι 11,564 11,150

 

 

Σχετικά με τα αποτελέσματα, παρατηρείται ότι οι μεγαλύτερες τιμές ενέργειας προέρχονται από τα φύλλα και τους σπόρους, ενώ οι χαμηλότερες από το φλοιό.

Ίσως το πιο αξιοσημείωτο γεγονός από αυτή την έρευνα είναι ότι ο Nitens δίνει περισσότερη ενέργεια από ότι ο Globulus  πράγμα που συμβαίνει σε όλους τους τύπους παραγόμενων αποβλήτων από σπόρους. Αυτό δικαιολογείται γιατί ο Nitens σε ώριμη ηλικία έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση πτητικών συστατικών και αιθέριων ελαίων από ότι ο Globulus. Αυτές οι ουσίες έχουν Μεικτή Θερμογόνο Δύναμη (ΜΘΔ) πάνω από 40.000 kJ/kg το οποίο είναι πολύ σημαντικό για την ΜΘΔ των αποβλήτων.

 

Πίνακας 2: Ποσοστά σε βάρος από κάθε μέρος του δέντρου (%)

 

 

Globulus

Nitens

Φύλλα 6,9 6,7
Κλαδιά 8,7 9,3
Φλοιός 11,5 11,3
Σπόροι 0,9 0,3
Ξύλο 72 72,4

 

 

Πίνακας 3: Μέσος όρος βασικών χημικών συνθέσεων των δειγμάτων Globulus

 

Υδρογόνο

Άνθρακας

Άζωτο Θείο Εξαγορά
Φύλλα 7,27 54,01 1,41 0,22 37,09
Χοντρά κλαδιά 6,98 46,01 0,75 0,13 46,13
Φλοιός  6,6 49,92 0,65 0,20 42,63
Λεπτά κλαδιά 7,13 50,09 0,54 0,09 42,15
Σπόροι 7,11 44,91 1,2 0,11 46,66

 

 

Πίνακας 3β: Χημική σύνθεση δειγμάτων Nitens

 

Υδρογόνο

Άνθρακας

Άζωτο Θείο Εξαγορά
Φύλλα 7,12 56,89 1,31 0,16 34,52
Πυκνά κλαδιά 6,78 48,16 0,78 0,21 44,07
Φλοιός  7,22 57,31 0,71 0,14 34,62
Λεπτά κλαδιά 6,85 53,24 0,68 0,25 38,98
Σπόροι 6,92 45,03 1,06 0,09 46,9

 

 

Πίνακας 4: Ετήσια οικονομική αξιολόγηση ανά εκτάριο 

 

Απόβλητα 

Κιλά/χρόνο

Καθαρή Θερμογόνος Δύναμη

Κιλά/χρόνο

Ηλεκτρική Απόδοση

% 

Ηλεκτρική Απόδοση

kWh/εκτάριο/ χρόνο

Globulus 5.702 5.478 20 1.735,3
Nitens 6.624 7.289 20 2.682,3

 

 

Συμπεράσματα:

Στην περιοχή της Cantabria, η χρήση των δασικών αποβλήτων του Globulus και του Nitens για την παραγωγή ρεύματος, επιτυγχάνεται  με ισχύ που προσεγγίζει τις 57 GWh.  Αυτό μπορεί να αποφέρει ένα ετήσιο εισόδημα της τάξεως των 3,8 εκατομμυρίων ευρώ, δεδομένου ότι αυτού του είδους η ενέργεια εφαρμόζεται υπό ειδικές συνθήκες.  Τα απόβλητα του Nitens είναι καλύτερα από αυτά του Globulus, παρά το μεγαλύτερο εμπορικό  ενδιαφέρον που παρουσιάζεται για τον Globulus από τις χαρτοβιομηχανίες. Τα στοιχεία της μελέτης μπορούν χα χρησιμοποιηθούν και σε άλλες περιοχές με παρόμοια βιοκλιματικά χαρακτηριστικά, δεδομένου ότι η επίδραση από το τύπο του εδάφους και τον προσανατολισμό των φυτειών, δεν έχει σημασία για τις περιπτώσεις που εξετάζονται. Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) καθορίζει αυτό τον τύπο των φυτειών, αποτελώντας μια ενδιαφέρουσα οικονομική εναλλακτική λύση για την αγορά, σχετικά με τις εκπομπές του CO2, ο οποίος είναι ένας μηχανισμός που προβλέπεται από την συνθήκη του Kyoto.

 

Πηγή: Comparison of energy potential of the eucalyptus Globulus and the eucalyptus Nitens , S. Pérez, C. J. Renedo, A. Ortiz, M. Mañana, D. Silió, J Peredo Department of Electric and Energy Engineering ESTI Industriales y Telecomunicación, University of Cantabria.

 

Ενημερωθείτε αναλυτικά για τη Συμβολαιακή Καλλιέργεια, τους τρόπους επένδυσης και τις αποδόσεις της.

Δείτε αναλυτικά της περιοχές και τις εκτάσεις που εφαρμόζει η εταιρείας μας Ενεργειακή και Συμβολαιακή καλλιέργεια, καθώς και λοιπές δραστηριότητες του ομίλου.

Μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί σε παγκόσμια κλίμακα, σχετικά με την καλλιέργεια του Ευκαλύπτου και την ανάπτυξή του.