Torefikacija

Obnovljivi izvori energije (energija Sunca, vode, vetra, biomasa, geotermalna i talas enegrija..)  predstavljaju neiscrpne izvore energije iz prirode koji se obnavljaju u određenom vremenskom intervalu, u celosti ili delimično. OIE se eksploatišu s ciljem proizvodnje električne, toplotne i mehaničke energije, a njihova značajna održiva karakteristika jeste neškodljivost za okolinu, sa smanjenom ili redukovanom emisijom CO₂ u procesu proizvodnje energije. U ovom spektru od nekoliko različitih izvora enegrije biomasa je jedini izvor koji se zasniva na održivom ugljeniku. Jedinstveni položaj biomase kao jedinog obnovljivog izvora čini biomasu atraktivnim izvorom energije. Biomasa se može konvertovati u energiju putem termo-hemijskih konverzija, biohemijske konverzije i ekstarkcijom nafte. Biomasa je trenutno četvrta po veličini izvor energije u svetu.
Termin torefikacija je izvedena iz francuske reči „torrefier”, što znači do pečenje koji se koristi u procesu prženja kafe. U svojim trenutnim aplikacijama torefikacija predstavlja termički tretman pri osustvu kiseonika na povišenim temperaturama 250-300 0C. Pomenuti proces predstavlja blagi oblik pirolize biomase, gde se podvrgava visokim temperaturama radi razbijanja kompleksnog hemijskog sastava na jednostavnije supstantne činioce. Krajnji produkt torefikacije je bio ugalj. Ovaj tretman je inovativni proces za izradu sirove biomase pogodne za proizvodnju energije. Neke ključne prednosti ovog alternativnog goriva, u odnosu na direktno korišćenje biomase kao neprečišćenog goriva, jesu bolje osobine energije (viši sadržaj energije) i povoljna logistička svojstva. Cilj torefikacije je da stvori gorivo koje će se koristiti za prozvodnju toplotne i električne energije.
Temperatura tretmana za ovaj proces je niža nego sa drugim tehnikama, što znači da zahteva manje enegrije. Sadržaj energije bio uglja je veća nego kod ne tretirane biomase, tako da je potrebno manje od toga da generiše istu količinu energije. Ovo takođe doprinosi smanjenju emisije ugljen-dioksida.
Ova alternativna goriva imaju neke ključne prednosti nad direktnim korišćenjem biomase kao goriva. Ne tretirana biomasa može se skladištiti samo u određenom vremenskom periodu, dok je biougalj bez ovih nedostataka i može da se koristi kao gorivo gotovo u bilo kakvoj elektrani na ugalj. Pored toga, bio-ugalj ima kvalitetna energetska svojstva. Procenat energije je veći, što znači da bio-ugalj proizvodi više energije sa istom količinom biomase. Manje količine su potrebne da se proizvede ista količina enegrije, tako da oni zahtevaju manje prostora za skladištenje i transort. Na slici 1 je prikazan krajnji peletiziran produkt biomase dobijen procesom torefikacije.
Tokom procesa torefikacije iz biomase se odstranjuje voda i suvišne isparljive materije, a biopolimeri se delimično raspadaju i pri tome emituju različne vrste isparivih materija. Finalni proizvod je preostali tvrd, suv i pocrneo materijal, koji se naziva toreficiona biomasa. Ulazna biomasa obično gubi od 20% do 30% mase i 10% energije koju sadrži, koja se troši kao energent za grejanje toreficionog procesa. Pošto toreficioni proizvod već gubi veliku količinu isparivih materija putem termohemijskog postupka, ostaje ih manje kod procesa sagorevanja. Mogućnost za rast gljivica i mikroba, koji uzrokuju slabljenje osobina materijala, je mala s obzirom na jako suvu toreficionu biomasu.

Slika 1: Peletiziran produkt biomase dobijen procesom torefikacije

Slika 2: Shema torefikacije

Kada je biomasa torefikovana, može da se zgusne, obično u brikete ili pelete kod upotrebe standardne opreme, što još više povećava gustinu materijala. Hidrofilne osobine biomase postaju hidrofobne, što omogućava jednostavno skladištenje, a to znači veću otpornost na biološku degradaciju, samozapaljivanje i fizičko raspadanje. Pre procesa torefikacije biomasa treba da se osuši, tako da sadrži manje od 20% vlage. Hidrofobne osobine proizvoda uzrokuju da gorivo bude manje osetljivo na razgradnju i adsorpciju vlage. Rezultat torefikacije su torefikovani peleti sa visokim kvalitetom goriva, koje ima slične osobine kao kameni ugalj. Povećanje kalorijske vrednosti uzrokuje odstranjivanje vlage i nekih organskih materija iz prvobitne biomase. Osnovna razlika između torefikovanih peleta i kamenog uglja je u isparljivim materijama, jer je u procesu torefikacije cilj da se sačuvaju isparljive materije.
Bitnu ulogu kod unutrašnjeg povezivanja u torefikovanom peletu ima lignin. Tokom procesa pirolize lignin se delimično razgrađuje, u zavisnosti od uslova procesa. Za pripremu kompaktnog peleta potrebna je optimizacija uslova procesa tokom procesa pirolize kao i peletiranje torefikovane biomase na povišenoj temperaturi ili upotrebi visokih pritisaka.
Toplota koja je potrebna za proces sušenja u postupku torefikacije može se dobiti na sledeći način:
• cirkulacijom dimnih gasova na direktan ili indirektan proces grejanja,
• cirkulacijom gasa za grejanje procesa,
• cirkulacijom pare od direktonog ili indirektonog procesa toplote.
Osnovni proces pirolize biomase, na osnovu prenosa toplote prikazan je na slici 2. U procesu ulazna sirovina je sa sadržajem vlage između 40% - 50%.
Biomasa ulazi u proces torefikacije u reaktor sa toplim vazduhom, tako torefikovan materijal izađe na dnu reaktora. Takav materijal iz reaktora prolazi u sistem hlađenja do silosa za skladištenje. U procesu kompresovanja materijala prolazi kroz mlin za ustitnjavanje materijala na istu veličinu i kao takav se peletira. Kao rezultat ovog procesa dobijamo energetski koncentrovne pelete koje su spremne za skladištenje i transport.
Tehnologije koje se koriste u procesu torefikacije su: rotacioni bubanj, spiralni reakor, peć sa više izvora toplote (Herreshoffova peć), torbed reaktor, reaktor sa pokretnim slojem, trakasti reaktor, mikrotalasni reaktor i reaktor sa fluidizovanim slojem.
Biougalj izaziva veliku pažnju stručnjaka usled sve jasnijeg problema klimatskih promena uzrokovanih emisijama ugljen-dioksida (CO₂) i gasova koji stvaraju tzv. efekat staklene bašte. Višestruka korist primene biouglja će se tek pokazati u budućnosti, kada se budu stekli potrebni uslovi za masovniju primenu komercijalne pirolize. Ovaj način smanjivanja atmosferskog zagađenja uz veliku energetsku dobit već sada ima mnogo pristalica i izgledno je da neće biti zapostavljen već naprotiv – maksimalno unapređen radi maksimalnog efekta.

Tekst objavljen u časopisu DRVOtehnika, broj 57, januar 2018.