1. Biomassi termokeemiline muundamine 3
Biomassi termokeemiline muundamine 3.Termokeemilise muundamise ülevaade
PhD Siim Link

2. Põhiprotsessid
Põlemine, gaasistamine ja pürolüüs on tahkekütuste termokeemilise muundamise põhiprotsessid
Põlemisel esinevad kõik protsessid koos
J. Karl. Dezentrale Energiesysteme. Oldenburg Wissenschaftsverlag GmbH, 2004.

3. Termokeemiline protsess
Termokeemilisi protsesse saab rakendada väga erineva omadustega biokütuste korral
Termokeemiliste protsesside korral toimub keemiline lagunemise soojuse abil, st soojuse mõjul toimuvate keemiliste protsesside abil muundatakse tahke biomass gaasiliseks või vedelaks saaduseks
Saadused nagu süngas, bio-õli jne läbivad järeltöötluse või suunatakse järgmistesse protsessidesse, mille tulemusena toodetakse soojust, elektrit, kütuseid jne.
Termokeemiliste protsesside korral esinevad temperatuurid (  °C) on piisavalt kõrged, et lõhkuda biomassi struktuur, st keemilised sidemed

4. Põhilised termokeemilise muundamise ahelad
P. McKendry. Energy production from biomass (part 2): conversion technologies. Bioresource Technology 83 (2002) 47–54

5. Temokeemilise muundamise tehnoloogiad ja produktid
Bridgwater, A.V., Grassi, G. Biomass pyrolysis liquids upgrading and utilisation. Elsevier Science Publishers Ltd., England, 1991.
Termokeemiliste protsesside tulemustena on võimalik toota erinevad vedelaid biokütuseid:
tselluloosist, hemitselluloosist või ligniinist toodetud etanool
pikkade süsinikuahelatega alkoholid (nt butanool)
kõrgekvaliteetsed kütused asendamaks nt bensiini, diislit, lennukikütust

6. Liigõhutegur
Põlemist, gaasistamist ja pürolüüsi saab kirjeldada nt liigõhuteguriga (ingl. k air demand factor või equivalence ratio)

7. Termokeemiliste muundamisprotsesside iseloomulikud näitajad (va põlemine)
Bridgwater, A.V., Grassi, G. Biomass pyrolysis liquids upgrading and utilisation. Elsevier Science Publishers Ltd., England, 1991.

8. 3.1 Esmased produktid
Termokeemilise muundamise esmased produktid võivad olla gaas, vedelik ja/või tahke koks, sõltuvalt rakendatud muundamise tehnoloogiast
KKV – keskmise kütteväärtusega gaas, MKV- madala kütteväärtusega gaas
Bridgwater, A.V., Grassi, G. Biomass pyrolysis liquids upgrading and utilisation. Elsevier Science Publishers Ltd., England, 1991.

9. Produkti energiatihedus
Tähelepanu pööratakse termokeemiliste protsesside korral vedelale produktile kuna nende energiatihedus on suhteliselt kõrge, mis vähendab kulutusi hoiustamisele ja transportimisele
Bridgwater, A.V., Grassi, G. Biomass pyrolysis liquids upgrading and utilisation. Elsevier Science Publishers Ltd., England, 1991.
Õlil ja lobrisegudel on selge eelis võrreldes hakkpuiduga ja põhuga energiatiheduse aspektist vaadatuna, kui neid kütuseid on vaja transportide kaugele. See võib olla otsustavaks teguriks kütuste eeltöötluse kasuks

10. Gaas
Termokeemilise muundamise tulemusena saadud madala või keskmise kütteväärtusega gaasi saab kasutada nii soojuse kui elektri tootmiseks.
Gaas sisaldab CO, CO2, H2 and CH4 and märgatavates kogustes nii küllastunud kui mitteküllastunud süsivesinikke.

11. Vedelik/tõrv
Vedelik koosneb erinevatest keerulistest hapnikuga küllastatud süsivesinikest. Ühendite keerulisus tuleneb ligniini lagunemisest ja erinevatest fenoolsetest ühenditest, mis tekivad lagunemisel.
Vedelikku, mis tekib kiirpürolüüsi tulemusena, nimetatakse „õliks“ või „bioõliks“, kuid võib sarnaneda ka tõrvale (tõrvaga on tegemist peamiselt siiski aeglase pürolüüsi korral).
Saadud vedelikku saab edasi töödelda vedelaks süsivesinikkütuseks.
Kiirpürolüüsil saadud vedelik on madala viskoossusega tumepruun vedelik, mis sisaldab kuni 15-20% vett, kuid faasieraldust üldjuhul ei esine.
Aeglase pürolüüsi tulemusena saadud vedelik on nö paks (suure viskoossusega nagu raske kütteõli) must tõrvasid sisaldav vedel mass, mis sisaldab kuni 20% vett.

12. Tahke produkt Pürolüüsi tulemusena järgi jääv tahke produkt on koks.
Koksi kasutamise võimalused on piiratud. Koksi kasutatakse nt metallurgias.
Alternatiiv vedelatele produktidele on koks jahvatada peeneks ning segada nt veega, mille tulemusena tekib lobri (ingl. k. slurry).
Lobri võib teha ka bioõli ja koksi segamise teel.
On täheldatud, et lobri on veel stabiilne, kui segu sisaldab kuni 60% koksi vee korral ja 25% bioõli korral. Bioõli, vee ja koksi lobride stabiilsus on senini problemaatiline.

13. Kõrvalprodukt, vesi Pürolüüsi tulemusena tekib ka vett.
Vesi tuleneb reaktorisse antavas biomassis sisalduvast veest kui ka keemiliste reaktsioonide tulemusena.
Saadud vesi sisaldab ka süsivesinikke, mistõttu vajab järeltöötlust ning seadmete projekteerimise juures on vaja sellega arvestada.

14. 3.2 Sekundaarproduktid
Primaarproduktide baasil saab toota väga erinevaid nn sekundaarprodukte, nt transpordikütused, elekter, kemikaalid jne.
Osad sekundaarproduktide tootmistehnoloogiad on kommertskasutuses, teised aga veel arendamisstaadiumis

15. Termokeemilise muundamise primaar- ja sekundaarproduktid
Bridgwater, A.V., Grassi, G. Biomass pyrolysis liquids upgrading and utilisation. Elsevier Science Publishers Ltd., England, 1991.

16. Sekundaarproduktid ja nende päritolu
* Lühendid; MTG – Mobil’s methanol-to-gasoline protsess; MOGD – Mobil olefins to gasoline and distillate
Bridgwater, A.V., Grassi, G. Biomass pyrolysis liquids upgrading and utilisation. Elsevier Science Publishers Ltd., England, 1991.

17. Tehnoloogiad ja staatus
Bridgwater, A.V., Grassi, G. Biomass pyrolysis liquids upgrading and utilisation. Elsevier Science Publishers Ltd., England, 1991.

18. 3.3 Kasutamine
Bioõli ja alkoholkütused on nn mittetavapärased kütused tänapäeval ning nende turustamiseks on vaja välja arendada omaette infrastruktuur.
Samas, biomassist sünteesitud kütused nagu bensiin ja diisel saab põhimõtteliselt turustada fossiilsete kütuste korral kasutatava infrastruktuuri kaudu.
Pürolüüsi primaarproduktidest on koks stabiilne ning säilitab oma omadused.
Vedelikkude korral on oluline neid õigetel tingimustel ladustada. Seda seetõttu, et pürolüüsi käigus saadud vedelikud, lobrid ja segud võivad olla keemiliselt ja füüsikaliselt ebastabiilsed.
Üldiselt, vedelaid ja gaasilisi produkte on lihtsam kasutada põlemisprotsessi tarvis, mis on oluline aspekt, kui me räägime nt olemasolevate seadmete üleviimist uuele kütusele.
Olemasolevaid õlikatlaid ei saa üle viia tahkekütuse põletamiseks ilma kapitaalsete ümberehitusteta.
Siiski, pürolüüsi tulemusena saadud õlide, koksi-õli lobride ja koksi-vee lobride põletamine nõuab suhteliselt vähe ümberehitusi. Kivisöe tolmpõletamiskatlad võimaldavad üldjuhul koksi põletamist (lendosade kogus on sarnane katla konfiguratsiooni seisukohalt).

19. Videosid
Thermochemical Conversion of Biomass to Biofuels via Gasification
Thermochemical Conversion of Biomass to Biofuels via Pyrolysis
Gasification vs. Incineration
Wood Burning Car
Ekomobiili wood gas-generator