बायोमास क्या है? जानिए फायदे और नुकसान
समझें कि जैविक कचरे को विद्युत ऊर्जा में बदलना कैसे संभव है, तथाकथित बायोमास
बायोमास वनस्पति या पशु मूल के सभी कार्बनिक पदार्थ हैं जिनका उपयोग ऊर्जा उत्पादन के उद्देश्य से किया जाता है, जैसे कि लकड़ी का कोयला, जलाऊ लकड़ी, गन्ना खोई, अन्य। चूंकि यह एक बिखरा हुआ और कम दक्षता वाला ऊर्जा स्रोत है, जो पारंपरिक रूप से कम विकसित देशों में उपयोग किया जाता है, वैश्विक ऊर्जा मैट्रिक्स के लिए इस ऊर्जा स्रोत की प्रतिनिधित्वशीलता के संबंध में डेटा की एक निश्चित कमी है। हालांकि, एएनईईएल की एक रिपोर्ट के अनुसार, दुनिया में खपत होने वाली ऊर्जा का लगभग 14% इसी स्रोत से आता है और, ब्राजीलियाई जर्नल ऑफ पल्मोनोलॉजी के एक अन्य अध्ययन के अनुसार, गरीब देशों के ग्रामीण क्षेत्रों में 90% घर बायोमास से ऊर्जा का उपयोग करते हैं। जलना (लकड़ी, लकड़ी का कोयला, पशु खाद या कृषि अपशिष्ट), विशेष रूप से उप-सहारा अफ्रीका और एशिया में।
थर्मोइलेक्ट्रिक पावर प्लांटों में बायोमास का उपयोग बढ़ रहा है और इसका उपयोग बिजली आपूर्ति नेटवर्क द्वारा कवर नहीं किए गए क्षेत्रों तक पहुंचने के लिए किया जा रहा है, जैसे कि अलग-थलग ग्रामीण समुदाय। कोजेनरेशन सिस्टम का उपयोग, जो बायोमास से बिजली के उत्पादन को गर्मी के उत्पादन के साथ जोड़ता है, उत्पादन प्रणालियों की ऊर्जा दक्षता में वृद्धि करता है, यह भी तेजी से आम होता जा रहा है।
सहजनन क्या है?
बायोमास, जैसे लकड़ी का कोयला या जलाऊ लकड़ी, वह है जो थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के बड़े हिस्से को चलाता है। ईंधन और इंजन के प्रकार के बावजूद, ये जनरेटर ईंधन में निहित अधिकांश ऊर्जा को गर्मी के रूप में खो देते हैं। औसतन, ऊष्मा के रूप में पर्यावरण को खोई गई बायोमास ऊर्जा कुल ईंधन ऊर्जा का 60% से 70% तक प्रतिनिधित्व करती है। इस प्रकार, जनरेटर दक्षता लगभग 30% से 40% है।
चूंकि कई इमारतों और उद्योगों को हीटिंग (आंतरिक वातावरण के लिए या पानी गर्म करने के लिए) की आवश्यकता होती है, एक सह-उत्पादन प्रणाली विकसित की गई थी, जिसके माध्यम से बिजली उत्पादन में उत्पन्न गर्मी को भाप के रूप में उत्पादन प्रक्रिया में शामिल किया जाता है। इस प्रणाली का मुख्य लाभ हीटिंग प्रक्रिया के लिए ईंधन की बचत है। इस तरह, सिस्टम की ऊर्जा दक्षता बढ़ जाती है, ईंधन की बायोमास ऊर्जा के 85% तक पहुंच जाती है।
ब्राजील में बायोमास
वर्तमान में, देश में बिजली उत्पादन में बायोमास के रूप में उपयोग की जाने वाली सबसे बड़ी क्षमता वाला संसाधन गन्ना खोई है। चीनी-अल्कोहल क्षेत्र बड़ी मात्रा में अपशिष्ट उत्पन्न करता है, जिसका उपयोग बायोमास के रूप में किया जा सकता है, मुख्यतः सह-उत्पादन प्रणालियों में। बिजली के उत्पादन के लिए बड़ी क्षमता वाली अन्य वनस्पति किस्मों में ताड़ का तेल (ताड़ का तेल) है, जिसकी प्रति हेक्टेयर औसत वार्षिक उत्पादकता गन्ना, बुरिटी, बाबासु और एंडिरोबा की तुलना में चार गुना अधिक है। वे अलग-अलग समुदायों में, विशेष रूप से अमेज़ॅन क्षेत्र में बिजली की आपूर्ति के विकल्प के रूप में दिखाई देते हैं।
गन्ने से इथेनॉल का उत्पादन करते समय, लगभग 28% गन्ना खोई में बदल जाता है। यह खोई एक बायोमास है जिसका उपयोग आमतौर पर कम दबाव वाली भाप के उत्पादन के लिए पौधों में किया जाता है, जिसका उपयोग निष्कर्षण उपकरण (63%) और बिजली उत्पादन (37%) में बैक प्रेशर टर्बाइन में किया जाता है। मिलों से निकलने वाली अधिकांश कम दबाव वाली भाप का उपयोग रस (24%) की प्रक्रिया और हीटिंग और आसवन तंत्र में किया जाता है। औसतन, प्रत्येक उपकरण को लगभग 12 kWh विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होती है, एक ऐसा मूल्य जो स्वयं बायोमास अवशेषों द्वारा आपूर्ति की जा सकती है। बिजली के उत्पादन में बायोमास के रूप में उपयोग किए जाने वाले अन्य कृषि अवशेषों में चावल की भूसी, काजू की भूसी और नारियल की भूसी शामिल हैं।
बायोमास रूपांतरण मार्ग
बायोमास स्रोतों को इस प्रकार वर्गीकृत किया जा सकता है: वुडी सब्जियां (लकड़ी), गैर-वुडी सब्जियां (सैकराइड, सेल्युलोसिक, स्टार्च और जलीय), जैविक अपशिष्ट (कृषि, औद्योगिक, शहरी) और बायोफ्लुइड्स (वनस्पति तेल)। बायोमास रूपांतरण मार्ग विविध हैं, और इन रूपांतरण प्रौद्योगिकियों के लिए धन्यवाद है कि विभिन्न प्रकार के जैव ईंधन जैसे इथेनॉल, मेथनॉल, बायोडीजल और बायोगैस प्राप्त करना संभव है। मुख्य बायोमास रूपांतरण प्रक्रियाएं हैं:
प्रत्यक्ष दहन
लकड़ी और सभी प्रकार के जैविक कचरे (कृषि, औद्योगिक और शहरी) जैसी सामग्री को ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए दहन के अधीन किया जा सकता है। दहन प्रक्रिया में इन बायोमास स्रोतों में विद्यमान रासायनिक ऊर्जा को ऊष्मा में बदलना शामिल है। ऊर्जा उद्देश्यों के लिए, बायोमास का प्रत्यक्ष दहन ओवन और स्टोव में किया जाता है। इसकी व्यावहारिकता के बावजूद, प्रत्यक्ष दहन प्रक्रिया काफी अक्षम होती है। इसके अलावा, इस प्रक्रिया में उपयोग किए जा सकने वाले ईंधन में आम तौर पर उच्च आर्द्रता (जलाऊ लकड़ी के मामले में 20% या अधिक) और कम ऊर्जा घनत्व होता है, जिससे भंडारण और परिवहन मुश्किल हो जाता है।
गैसीकरण
यह शहरी और औद्योगिक जैविक कचरे और लकड़ी पर लागू एक तकनीक है। गैसीकरण में थर्मोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के माध्यम से ठोस बायोमास स्रोतों का गैसीय में रूपांतरण होता है, जिसमें गर्म भाप और हवा या ऑक्सीजन कम से कम मात्रा में दहन के लिए होता है। परिणामी गैस की संरचना कार्बन मोनोऑक्साइड, हाइड्रोजन, मीथेन, कार्बन डाइऑक्साइड और नाइट्रोजन का मिश्रण है, इसलिए ये अनुपात प्रक्रिया की स्थिति के साथ भिन्न होते हैं, विशेष रूप से ऑक्सीकरण में इस्तेमाल होने वाली हवा या ऑक्सीजन के संबंध में। इस बायोमास के दहन से उत्पन्न ईंधन ठोस ईंधन संस्करणों की तुलना में अधिक बहुमुखी (आंतरिक दहन इंजनों के साथ-साथ गैस टरबाइन में भी इस्तेमाल किया जा सकता है) और स्वच्छ (प्रक्रिया के दौरान सल्फर जैसे यौगिकों को हटाया जा सकता है) है। इसके अलावा, गैसीकरण से सिंथेटिक गैस का उत्पादन संभव है, जिसे किसी भी हाइड्रोकार्बन के संश्लेषण में लागू किया जा सकता है।
पायरोलिसिस
पायरोलिसिस, जिसे कार्बोनाइजेशन के रूप में भी जाना जाता है, बायोमास (आमतौर पर जलाऊ लकड़ी) के स्रोत को दूसरे ईंधन (चारकोल) में परिवर्तित करने की सबसे पुरानी प्रक्रिया है, जिसका ऊर्जा घनत्व स्रोत सामग्री से दोगुना है। कृषि मूल के कार्बनिक अवशेषों को भी अक्सर पायरोलिसिस के अधीन किया जाता है - इस मामले में, अवशेषों को पहले से जमा करने की आवश्यकता होती है। विधि में सामग्री को ऐसे वातावरण में गर्म करना शामिल है जिसमें हवा की "लगभग अनुपस्थिति" होती है। पायरोलिसिस औद्योगिक क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली दहनशील गैस, टार और पायरो-लकड़ी का उत्पादन भी करता है। प्रक्रिया का परिणाम मूल सामग्री (मात्रा और नमी) की स्थिति से बहुत भिन्न होता है। एक टन चारकोल का उत्पादन करने के लिए चार से दस टन जलाऊ लकड़ी की आवश्यकता हो सकती है।
ट्रान्सएस्टरीफिकेशन
यह एक रासायनिक प्रक्रिया है जो दो अल्कोहल (मेथनॉल और इथेनॉल) और एक बेस (सोडियम या पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड) के बीच प्रतिक्रिया से वनस्पति तेल बायोमास को एक मध्यवर्ती उत्पाद में बदल देती है। इस प्रकार के बायोमास के ट्रांसस्टरीफिकेशन के उत्पाद ग्लिसरीन और बायोडीजल हैं, एक ईंधन जो डीजल के समान स्थिति प्रस्तुत करता है और वाहनों या स्थिर उपयोग के लिए आंतरिक दहन इंजन में लागू किया जा सकता है।
एनोरोबिक डाइजेशन
पायरोलिसिस की तरह, अवायवीय पाचन ऑक्सीजन की "लगभग अनुपस्थिति" वाले वातावरण में होना चाहिए। मूल बायोमास बैक्टीरिया की क्रिया द्वारा अपघटन से गुजरता है, जैसे यह लगभग सभी कार्बनिक यौगिकों के साथ स्वाभाविक रूप से होता है। जैविक अपशिष्ट, जैसे पशु खाद और औद्योगिक अपशिष्ट, को बायोडाइजेस्टर में अवायवीय पाचन (जो ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में होता है) के माध्यम से उपचारित किया जा सकता है। बैक्टीरिया की क्रिया के कारण अपघटन के लिए आवश्यक तापन होता है, हालांकि, ठंडे क्षेत्रों या समय में, अतिरिक्त गर्मी लागू करना आवश्यक हो सकता है। अवायवीय पाचन का अंतिम उत्पाद बायोगैस है, जो अनिवार्य रूप से मीथेन (50% से 75%) और कार्बन डाइऑक्साइड से बना होता है। उत्पन्न अपशिष्ट का उपयोग उर्वरक के रूप में किया जा सकता है।
किण्वन
यह सूक्ष्मजीवों (आमतौर पर खमीर) की क्रिया द्वारा की जाने वाली एक जैविक प्रक्रिया है जो बायोमास स्रोतों, जैसे गन्ना, मक्का, चुकंदर और अन्य पौधों की प्रजातियों में मौजूद शर्करा को अल्कोहल में परिवर्तित करती है। बायोमास किण्वन का अंतिम परिणाम इथेनॉल और मेथनॉल का उत्पादन होता है।
बायोमास की प्रयोज्यता
बायोमास को ऊर्जा का एक नवीकरणीय स्रोत माना जाता है और थर्मोइलेक्ट्रिक संयंत्रों में बिजली पैदा करने के लिए जीवाश्म ईंधन, जैसे तेल और कोयले को बदलने के लिए इसका इस्तेमाल किया गया है और क्योंकि यह गैर-नवीकरणीय लोगों की तुलना में कम मात्रा में प्रदूषणकारी गैसों का उत्सर्जन करता है। हालांकि, जीवाश्म ईंधन नहीं होने के बावजूद, अध्ययन के अनुसार, बायोमास को जलाना जहरीली गैसों, पार्टिकुलेट मैटर और ग्रीनहाउस गैसों के दुनिया के सबसे बड़े स्रोतों में से एक है।
बड़े क्षेत्रों में जलने के मामले में, चाहे जंगल, सवाना या अन्य प्रकार की वनस्पति, सल्फर के उत्सर्जन से वर्षा जल के पीएच में परिवर्तन होता है, जिससे अम्ल वर्षा की घटना में योगदान होता है। मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन ग्रीनहाउस प्रभाव को तेज करने में योगदान करते हैं, और पारा उत्सर्जन जलीय निकायों के संदूषण की ओर ले जाता है और मिथाइलमेररी के गठन को सक्षम करता है, एक पदार्थ जो मानव स्वास्थ्य के लिए हानिकारक है।
इनडोर वातावरण (लकड़ी के स्टोव, फायरप्लेस, आदि) में बायोमास दहन प्रक्रिया से उत्पन्न सामग्री के बार-बार और लंबे समय तक संपर्क बच्चों में तीव्र श्वसन संक्रमण में वृद्धि के साथ जुड़ा हुआ है, जिसे विकासशील बच्चों में मृत्यु दर के प्रमुख कारणों में से एक माना जाता है। देश। इसके अलावा, यह क्रॉनिक ऑब्सट्रक्टिव पल्मोनरी डिजीज, न्यूमोकोनियोसिस (धूल में सांस लेने से होने वाली बीमारी), पल्मोनरी ट्यूबरकुलोसिस, मोतियाबिंद और अंधापन में वृद्धि के साथ भी जुड़ा हुआ है। गन्ने के भूसे को जलाने के मामले में, गन्ना बागान के आसपास के क्षेत्र में रहने वाली आबादी साल भर लगभग छह महीने तक जले हुए बायोमास से धूल के संपर्क में रहती है।
इस कारण से, पर्यावरण के लिए राष्ट्रीय परिषद (कोनामा) गन्ने के बायोमास के बाहरी दहन से गर्मी उत्पादन प्रक्रियाओं से वायुमंडलीय प्रदूषकों के लिए उत्सर्जन सीमा स्थापित करती है, जिससे उत्सर्जन को विनियमित करना और बायोमास जलाने से जुड़े सामाजिक और पर्यावरणीय प्रभावों को कम करना संभव हो जाता है।
बायोमास भी विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से उत्पादित होने की संभावना प्रदान करता है, जो स्वयं जीवाश्म ईंधन, विशेष रूप से तेल के विपरीत, बाजार को लचीलापन और सुरक्षा प्रदान करता है। एक और बात यह है कि बिजली उत्पादन के लिए कृषि, औद्योगिक और शहरी जैविक कचरे का उपयोग करके, वे साधारण निपटान की तुलना में अधिक "टिकाऊ" गंतव्य प्राप्त कर रहे हैं। एक अध्ययन के अनुसार, ब्राजील में अधिकांश कृषि अवशेष मकई, सोया, चावल और गेहूं हैं, पहले दो कच्चे माल हैं जिनका उपयोग अक्सर बायोडीजल के उत्पादन के लिए किया जाता है।
ब्राजील में बायोमास से ऊर्जा के उत्पादन के लिए अनुकूल परिस्थितियां हैं, जैसे कि बड़े कृषि योग्य क्षेत्रों का अस्तित्व, जिसका उपयोग बायोमास के उत्पादन के लिए किया जा सकता है, और पूरे वर्ष तीव्र सौर विकिरण प्राप्त करता है। हालांकि, पहली पीढ़ी के जैव ईंधन के उत्पादन को लेकर चिंता है, जो सीधे सब्जी कच्चे माल का उपयोग करते हैं। इस मामले में, जैव ईंधन कृषि क्षेत्र के साथ कृषि योग्य भूमि के लिए प्रतिस्पर्धा की स्थितियों को रोक सकता है, जिससे आबादी की खाद्य सुरक्षा खतरे में पड़ सकती है। भूमि के बड़े हिस्से से संबंधित एक अन्य मुद्दा पर्यावरण संरक्षण का मुद्दा है। कृषि के साथ प्रतिस्पर्धा करने के अलावा, जैव ईंधन पर्यावरण संरक्षण के लिए निर्धारित क्षेत्रों पर दबाव डाल सकता है।
