valorificarea deseurilor de lemn
TRANSCRIPT
19
UNIVERSITATEA AUREL VLAICU ARAD
FACULTATEA DE INGINERIE ALIMENTARA,TURISM SI PROTECTIA MEDIULUI
VALORIFICAREA ENERGETICA A DESEURILOR DIN LEMN
REFERAT
INDRUMATOR : INTOCMIT: Conf.Dr.Ing.CHAMBREE DORINA DAN CRISTIAN
ARAD2011
19
Valorificarea deseurilor de lemn
Introducere:
Lucrarea de fata isi propune sa prezsinte cateva solutii referitor la gestionarea deseurilor
din lemn, provenite atat din industrializarea lemnului cat si din alte activitati. Reciclarea
deseurilor din lemn devine extrem de importanta atat prin prisma pastrarii unui mediu curat cat
si prin faptul ca reciclandu-se o cantitate mai mare de lemn scadem nivelul exploatarilor
foresatiere.
Romania avea in 1800, 8.5 mil. Ha de padure, adica 35-45% din teritoriu, suprafata care s-a
redus, continuu, astfel ca in 1974 ajunsese la doar 6.5 mil. Ha (27% din teritoriu), iar acum suprafata
impadurita a scazut sub optimul ecologic. Cauzele acestei reduceri drastice presupun poluarea
industriala (cca 6-7%), dar, si mai mult, defrisare abuziva, iresponsabila si pasunatul excesiv; situatia
produce mari neajunsuri, dat fiind ca posibilitatile de regenerare a padurilor sunt foarte reduse. De
asemenea, un fenomen caracteristic Romaniei este caracterul “galopant” al uscarii padurilor, datorita
depasirii pragului critic al concentratiei de bioxid de sulf pentru ecosistemul forestier. Sursa principala de
emisie este activitatea sectorului energetic, cu o pondere de 85% SO2 provenind din arderea
combustibililor cu un continut ridicat de sulf. Energetica in Romania este profilata pe valorificarea
carbunilor inferiori (41.9% la nivelul anului 1991), a pacurii si gazelor naturale (30.6% in 1991), in timp ce
energetica din tarile Europei Occidentale se bazeaza pe carbune de tip nesulfuros, in proportie de 20.2%,
si deci, emisiile de SO2 sunt de 10-20 de ori mai reduse.
Clasificarea deseurilor de lemn:
1. In functie de provenienta lor:
deseuri de lemn provenite din activitati agricole
deseuri de lemn provenite din lucrari le efectuate pentru cosmetizarea oraselor
deseuri de lemn provenite din constructii
19
2. In functie de tipul de tratare al lemnului:
o Deseuri neimpregnate: precum deseurile generate de prelucrarea lemnului: praf,
rumegus, talas: (61% din total generat)
o Deseuri slab impregnate: au fost tratate cu produse ne-periculoase sanatatii precum
grinzi de lemn, mobilier masiv, deseuri de PAL si de PAF. Aceste deseuri pot fi folosite
pentru combustie: (28%)
o Deseuri foarte impregnate: stalpi telefonici tratati cu creozot sau cupru, talas care a
servit pentru a absorbi un produs periculos, etc... Acesti deseuri nu poate fi folosite
pentru combustie si merg la groapa de gunoi sau un alt centru specializat: (11%)
Descompunerea deseurilor din lemn este un proces lent care poate produce levigat in ani de zile. In timp indelungat, in prezenta apei, datorita ploilor frecvente, substantele care se gasesc natural in lemn precum acizi, lignina, lignana, acizii grasi si tanin se dizolva si se intind cu concentratii ridicate. Movilele deseurilor din lemn retin levigatul pana la saturare. La aceasta etapa, levigatul se deverseaza in mediul inconjurator si poate avea un efect nefast asupra lui.
Compus chimicConcentratie a levigatului
(mg/)Apele de canalizare orasenesti
Consum biochimic de oxigen 2 970 mg/L 150-250 mg/L
Amoniac 0,3 mg/L 15-50 mg/L
Nitrogen organic 22 mg/L 25-85 mg/L
Fosfor 8.75 mg/L 6-12 mg/L
Apele de suprafata sunt cele mai afectate si poate fi afectata fauna acvatica extrem de repede.
Consumul biochimic in oxigen al levigatului, necesar pentru bio-degradarea lui, poate fi letal pentru
pestii precum pastravi si nevertebrate.
Deseurile din lemn pot genera de asemenea hidrogen sulfurat si amoniac in conditii anaerobe.
In apa, amoniacul poate reduce capacitatea sangelui pestilor de a transporta oxigen astfel incat induce
un efect letal asupra vietii acvatica prin sufocare.
19
Valorificarea deseurilor din lemn ca si combustibil
Lemnul folosit ca si combustibil nu mai poate fi valorificat pentru alte destinatii. Lemnul este una
dintre sursele cele mai vechi folosite de umanitate. Din vremurile preistorice pana la o epoca relativ
recenta, lemnul a fost singura sursa de energie posibila pentru incalzire si pregatirea alimentelor. Din
evul mediu pana in timpurilor noi, lemnul a permis dezvoltarea unor industrii energofage care necesita
temperaturi ridicate precum siderurgie si sticlarie. Pentru a ridica performanta arderii, lemnul era
transformat in mangal de artizanii care erau numiti « charbonniers » adica carbunari. Principiul obtinerii
mangalului era bazat pe carbonizarea lemnului in absenta oxigenului. Acest procedeu debaraseaza
lemnul de umiditatea lui si componenta vegetala astfel incat sa ramana doar carbon.
Folosirea rumegusului: se poate face prin 3 metode.
Arderea rumegusul in mod direct
Transformarea in brichete de combustibil
Transformarea in „pellet” (granule)
Arderea rumegusului in mod direct
Rumegusul este adunat intr-un rezervor. Un dispozitiv de alimentare (13) cu un surub elicoidal
aduce rumegusul pe zona de ardere (8). La acest sistem, schimbarea calorica se realizeaza trecand prin
tuburi care se invart prin motoare (2-3). Cenusa este evacuata prin suruburi elicoidale (6) pana la
rezervorul de evacuare (5).
19
Unul dintre pericolele acestui tip de centrala este intoarcerea flacarilor catre rezervorul de
rumegus via tubulatura de alimentare si elice. Pericolul de incendiu ar putea sa fie imediat in acest caz.
Din acest motiv, s-a pus un dispozitiv numit ecluza care este invartita de un motor. Realizarea ei
este facuta astfel incat alimentarea este oprita in caz de defectiune electrica: doua din cele patru pale
ale ecluzei vor inchide intotdeauna camera in orice moment.
19
Palele sunt echipate cu cutite la varf astfel incat pot rupe o eventuala aschie din lemn care ar fi
ajuns accidental.
Avantaj: sistem fiabil si cu randament energetic ridicat. Deseurile din prelucrarea lemnului pot fi folosit
ca atare, fara tratare preliminara. Poate fi folosit si pentru rumegus, talas, granule (pellet) si chiar cu
deseuri de cereale precum cojile de floarea soarelui
Dezavantaj: este o instalatie destul de elaborata si de asemenea scumpa care convine mai mult pe plan
industrial (minim 40 kw). Al doilea dezavantaj este depozitare rumegusului in timpul verii. Aceasta
centrala este convenabila atunci cand este folosita cu un consumator de energie termica independent
de anotimpul precum un uscator de cherestea. Acest tip de cazane functioneaza in mediu industrial si
sunt, de asemenea monitorizate de pe calculator.
Transformarea in brichete
Aceasta metoda permita o depozitare mai eficienta a deseurilor din lemn. Rumegusul si talasul
(ideal este mai bine o amestecare din ei) sunt aduse printr-o tubulatura cu surub elicoidal si ajung la
camera de presare unde este redus la 90% din volumul lui. Presiunea este foarte ridicata, de aproximativ
30-180 bari. A doua faza este extrudarea cilindrului presat de 15-20 cm de lungime si 5-8 cm de
diametru. Procesul nu foloseste nici un aditiv suplimentar.
Puterea calorica este comparabila: o tona de bricheta echivaleaza 400 de litre de motorina.
Avantaj: compactare si castig de spatiu de depozitare. Produsul poate fi valorificat usor pe plan
comercial ca lemn de foc pentru uz casnic. Nu necesita o instalatie sofisticata pentru arderea. Aceasta
masina de brichetat este destul de ieftina: porneste deja la 10.000 €
Dezavantaj: brichetele trebuie tinute in saci de plastic inchisi si adapostite de umiditate altfel se
descompun foarte repede. Forma lor nu permite automatizare si folosirea lor este mai potrivita uzului
casnic decat industrial
19
Transformarea in granule
Utilizate pentru prima data in 1974 in Statele Unite, imediat dupa prima criza petroliera, granula
de lemn numita in tarile anglo-saxone « pellets » se prezinte sub forma de granule de 6-12 mm diametru
si de 10-30 mm de lungime cu o umiditate de cca. 10%..
Densitatea energetica si fluiditatea lor le fac un combustibil modern care permite automatizarea
instalatiilor de incalzire. Succesul lor, mai ales in Europa, este datorat faptului ca dispun de o anumita
fluiditate si pot fi folosit aproximativ precum motorina sau gazul. Cantitatea de cenusa este sub 1% din
masa totala ceea ce-i confera un avantaj suplimentar.
In 2000 existau doar 70 de producatori de pelleti in Europa, 200 in 2004 si practic, la ora actuala,
se deschide o unitate in fiecare saptamana. In tara, in Moldova, nu figureaza o unitate din acest gen, dar
in cazul Ardealului, situatia este diferita : Numai la Miercura Ciuc sunt 4 unitati.
Granula este majoritar fabricat plecand de rumegus si talas. Se poate si folosi lemnul forestier
tocat. Aceasta resursa este disponibila in mare cantitate in Europa. Se considera ca 40% din lemn nu este
exploatat si nu are o alta destinatie decat ca si combustibil. Deci ar putea sa rezolve problema energiei
de uz casnic de 2 ori mai mult decat situatia acutala in Europa, adica pentru 30 de milioane de case.
Procesul de realizare a pelletilor este facut precum un proces similar cu granule folosite pentru animale.
Aceasta tehnologie este disponibila de multe vreme. Deci, materia prima este tocata fin si merge , in
prima faza , la un dispozitiv de epurare (un sistem cu ventilator impiedica eventuala prezenta a unei
impuritati precum un cui care ar putea sa dauneze procesului in sine).
19
Apoi, trece la un dispozitiv de uscare ca sa aduca rumegusul la o umiditate de 8-10%.
Pentru energia necesara la uscare, se foloseste un cazan care arde deseuri din lemn astfel incat
se poate dobandi un bilant ecologic cat mai bun.
Procesul fabricarii propriu zise este o presa care comprima rumegusul la 100 de bar prin un
sistem de extrudare. Diferit fata de brichete, presa este mecanica. Datorita presiunii enorme, granulele
ies din presa cu o temperatura de 80°C si sunt aduse la o sita care are rolul de racire si de eliminarea a
prafurilor reziduale. Faza finala este ambalarea.
Ca sa fie rentabil pe plan economic, procesul productiei pelletilor este facut la scara industriala
cu o cantitate de 200-300 kg pe ora.
19
Pelleti se ambaleaza in saci de 30 kg pentru uzul casnic sau in saci de 1000 kg, mai economici ca
sa fie stocati intr-un rezervor echipat de o pompa speciala pentru alimentare.
Folosirea casnica a pellets-elor cere sobe potrivite. O soba de lemn poate fi folosita cu o mica
adaptare. Se inlocuieste gratarul printr- un cosulet pentru pellets.
Se mai folosesc si centrale speciale pentru arderea, cu recuperare de fum astfel incat sa aiba un
randament cat mai bun.
Avantaje:
Mai usor de depozitat (pentru aceasta putere energetica, necesita numai o treima din spatiu de
depozitare Se comporte precum un combustibil fluid si se preteaza bine la automatizare
Ardere curata fata de combustibili petrolieri (mai putine emisii nocive)
Este o energie renuvelabila si sigura
Mai economic decat motorina si gazul
In Franta si in Germania, investitiile pentru sobele / centralele care folosesc pellets sunt
subventionate de stat
Dezavantaje:
Procesul de fabricatie este mult mai costisitor. Consumul de energie este considerat sub pragul
de 3% din valoarea energetica a granulelor.
Fata de produsele petroliere, spatiul de depozitare necesar este mult mai mare.
Alte modalitati de valorificare a deseurilor de lemn:
Panouri MDF
MDF-ul, medium density fiberboard, s-a nascut printr-un incident tehnic in America, in 1966.
Este un material compozit de fibre din lemn cu o densitate mijloace (750 kg/m3) si are avantaje multiple:
practic izotrop
estetic de pe textura lui
19
disponibil cu grosime variabile
mai ieftin decat lemnul masiv
Panourile de MDF sunt realizate din copacii care nu pot fi valorificati ca lemn ca a tare si de deseuri
din lemn precum talas. Deseurile sunt tocate in prima faza. Se elimina particulele mai mici de 5 mm si
mai mari de 40mm. Dupa defibraj cu abur, se pulveriza un liant precum melamina-formol, un catalizator
si pasta astfel obtinuta se preseaza la cald, dupa care se usuca.
Din pacate, acest material contine o substanta denumita « Formaldehida » periculoasa,
generatoare de cancer. Implicatia ei in leucemie este demonstrata.
19
Prelucrarea MDF-ului genereaza o cantitate importanta de praf care intra pe caile respiratorii si
provoca crize astmatice. Se recomanda muncitorilor, folosirea echipamentului corespunzator: masca,
etc...
PAL melaminat
Foarte folosit in industria de mobilier, PAL melaminat a reluat o noua viata cu aparitia stilului
« NEOSET » si perfectare tehnologica „ABS”.
Pretul lui atractiv, stilul modern care impuna a inlocuit practic lemnul masiv pe cel mai mare
segment al pietei.
Diferenta fata de MDF este folosirea unor bucati din lemn aglomerate cu o rasina naturala sau
artificiala si acoperite de o foita de melanina realizata din produse pe baza de formol generatoare de
probleme asupra sanatatii precum s-a observat si in cazul MDF-ului.
Uniunea Europeana elaboreaza norme care ar restrange folosirea liantilor si melaminei pe baza
de Formaldehida.
Putem spune ca acest tip de reciclare este mai mult o cerinta a pietei decat un mijloc de a
valorifica deseurile din lemn avand un bilant de mediu destul de slab.
Industria avicola
Talas folosit ca litiera avicola
Afumarea Pestilor si a carnii
Talasul de brad si deseurile din lemn sunt folosite pentru procese de afumare a alimentelor
Fabricarea obiectelor turnate compozite
Rumegusul este amestecat cu un liant sintetic si injectat intr-o matrita. Se fabrica la ora actuala spatare
pentru fotoliile de spectacol (Quinette-Gallay, Paris) cu aceasta tehnologie.
19
Fabricarea compostului pentru agricultura
Se fabrica pe baza de coji de copaci tocate.
Fabricarea mangalului
Descris la inceputul acestui referat, mangalul mai este folosit pentru uz domestic.
Producerea compostului
Fabricarea compostului este procesul prin care deseurile menajere din bucatarie si curti sunt
transformate într-un compus bogat în nutrienti. Prin reîntoarcerea nutrientilor în sol, compostul reduce
necesarul de fertilizatori chimici scumpi. Deseurile denatura organica pot constitui pâna la 40% din
deseurile menajere, cantitate ce în acest mod este extrasa de la rampa de gunoi. Compostul este un
amestec de culoare închisa, uscata, ce degaja un miros, care consta în principal în materie organica
descompusa. Fabricarea compostului este un proces simplu, natural. Compostul este utilizat pentru
fertilizarea si conditionarea solului.
Prima conditie pentru a realiza compost este sa dispunem de o gradina. In gradinile mai mici
care produc mai putine deseuri de gradinarit, este preferabil sa se faca compost cu ajutorul unui
recipient cu gauri de aerisire, numit recipient pentru compost. In vederea unei putreziri optime si a unui
compost de înalta calitate, este important sa se macine materiile organice mari si dure (de exemplu
taieturi de copaci) si sa se amestece cu substante organice mai fine menajere sau din gradina. Astfel se
asigura conditii mai bune de viata din partea micro-organismelor care descompun si transforma
gramada de compost. Deasemenea, se asigura prezenta elementelor nutritive si repartizarea lor
echilibrata precum si o aerisire suficienta; alternati deseurile umede organice (resturi din bucatarie) cu
deseurile uscate (deseuri din curte): verde si brun; deseurile, atat cele din bucatarie cat si cele din curte,
trebuie taiate sau rupte în bucati înainte de asezarea acestora în compostor; procedeul de compostare
poate continua si iarna. Procesul de distrugere se va încetini si eventual se va stopa o data cu înghetarea
gramezii de deseuri, oricum, acesta se va relua primavara; cu cât materialul este mai mic, cu atât se va
descompune mai rapid.
Producerea de biogaz, energie electrica si termica din deseuri de materii organice (biomasa)
Tehnologia Colsen
19
Schema procesului Colsen:
Tratament anaerob al deseurilor in conditii UASB (Upflow Anaerobic Sludge Bed)
Strategia firmei Colsen este de a trata deseurile in mod anaerobic “thermofilic” (microorganisme
la 55 de grade) sau “mesofilic” (microorganisme la 40 de grade), in functie de tipul de deseu, intr-o
19
instalatie UASB, prin aceasta marindu-se eficienta productiei de biogaz si posibilitatea tratarii apei
industriale.
Procesul de fermentare anaerob – pasul de agitare
Tratarea apei rezultate din fermentatie
Apa rezultata din procesul de fermentatie anaeroba, este purificata prin aplicarea diferitelor
tehnologii Colsen:
ANPHOS – este un tratament anaerob de indepartare a fosfatilor cu productie de fertilizator
agricol;
19
NAS – este un tratament de indepartare a nitratilor si a materiilor organice
MBR – filtre de membrana pentru eliminarea ultimelor particule ramase in apa tratata
ANPHOS
Mg2+ + NH4 + HPO42- +6H2O -> MgNH4 PO4 6H2O + H+
80-90% din fosfat este eliminat din apa
Prin indepartarea fiecurui kilogram de fosfor se indeparteaza 0,45 kilograme de azot
Cu fiecare kilogram de fosfor, se produc 7,9 kilograme fertilizator
NAS
Tratament biologic a(na)erob de indepartare a nitratilor
Cuprinde doua etape de conversie:
NH4 + O2 -> NO2- +2H+
NH4 + NO2- -> N2 +H2O
MBR
Separarea ultimelor particule de materii organice din apa rezultata, cu ajutorul membranei de filtrare.
19
Exemplu de proiect Colsen
o Tanc de fermantatie 1300mc
o Fabrica “Van Remoortel”, Belgia
19
Exemplu de fezabilitate
o 1 kg COD (chemical oxygen demand) poate forma intre 300 – 850 litri biogaz
o 1 litru biogaz contine 55-65% metan
o 1 mc de biogaz contine 19,7-23,3 MJ energie
o 1 mc biogaz (65% metan) poate produce 2,53 kW energie si 2,79 kW agent termic
Deseuri: 50m3/zi dejectii porcine cu 10% materie uscata + 50m3/zi deseuri resturi alimentare si ape
reziduale cu 30% materie uscate => 48.000 kg COD/zi
Calculu pentru 50m3/zi dejectii porcine si 50m3/zi deseuri resturi alimentare si ape reziduale:
o Investitie: 7 milioane €
o Cosnturi operationale: 250.000 €/an
o Venituri electricitate: 1.300.000 €/an (80 €/MVh)
o Venituri agent termic: 650.000 €/an
Concluzii
Deseurile din lemn pot avea foarte multe destinatii si pot fi folosite mai mult pentru binele
mediului inconjurator decat pentru degradarea lui.
Din pacate, filiera recuperarii deseurilor din lemn nu este de optimizata. Constatam peste tot in
Europa, depozitarea necorespunzatoare si arderea ilegala generatoare de poluanti precum dioxina.
Deseurile de lemn reprezinta 29% din deseurile nepericuloase generate de firmele industriale si
comerciale cu mai mult de 10 salariati.
o 61% sunt folosite ca materie prima la industria hartiei si panourilor de particule
o 28% sunt folosite ca si combustibil.
o 11% sunt depozitate la rampa de gunoi sau sunt distruse neconform
19
Daca nu apartin clasei de deseuri periculoase (tratare cu creozot sau lacuri care contin metale
grele), ele pot fi reciclate.
Contrar unor idei preconcepute, deseurile din lemn nu sunt gratuite. Ca sa fie valorificate, sunt
necesare investitii si consum de energie pentru a fi transformate si folosibile ca materie prima pentru un
alt produs sau ca energie.
Padurea este un rezervor imens de energii si materie prima renuvelabila daca este exploatata
corespunzator astfel incat sa nu se consuma mai mult decat se produce.
Deseurile de lemn rezultate din diverse activitati industriale (constructii, industria mobilierului)
nu pot fi valorificate ca atare si am vrut sa demonstram ca modalitatile existente de reciclare sunt
numeroase si uneori reprezinta chiar o alternativa de rezolvarea a unor probleme ale umanitatii.
19
Bibliografie:o http://www.ecomagazin.ro/deseurile-din-lemn-energie-nevalorificata/
o http://www.ecoghid.ro/stire/deseuri_lemnoase/454.html
o http://en.wikipedia.org/wiki/Wood_fuel
o http://www.wasteonline.org.uk/resources/InformationSheets/Wood.htm
o http://en.wikipedia.org/wiki/Beehive_burner
o http://en.wikipedia.org/wiki/Biofuel#Energy_from_bio_waste