Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Βιομάζα Τύποι και χαρακτηριστικά στερεών καυσίμων βιομάζας, κόστος παραγωγής και μεταφοράς

Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Βιομάζα: θεωρείται κάθε οργανική ύλη που είναι διαθέσιμη σε ανανεώσιμη βάση, περιλαμβανομένων: των ενεργειακών καλλιεργειών των υποπροϊόντων ή των καταλοίπων των δασικών προϊόντων των παραπροϊόντων ή των υπολειμμάτων γεωργικών καλλιεργειών των ζωικών αποβλήτων του οργανικού κλάσματος των αστικών απορριμμάτων των αστικών αποβλήτων και μεγάλου μέρους των αποβλήτων και απορριμμάτων βιομηχανιών ξύλου και τροφίμων και των υδρόβιων φυτών.   Η βιομάζα είναι ΑΠΕ γιατί: όποια κατεργασία και αν υποστεί, κατά την τελική καύση της ίδιας ή των βιοκαυσίμων που προκύπτουν από αυτή, το διοξείδιο του άνθρακα που εκλύεται είναι ακριβώς ίσο με το διοξείδιο του άνθρακα που δέσμευσε από την ατμόσφαιρα το φυτό για να αναπτυχθεί (το σύνολο του άνθρακα που περιέχει ένα φυτό προέρχεται από την ατμόσφαιρα). Ακόμη και η βιομάζα μη φυτική προέλευσης (ζωικά και αστικά απόβλητα) περιέχουν άνθρακα από το μεταβολισμό της φυτικής ύλης που κατανάλωσε ο οργανισμός ως τροφή. Από τα αστικά απορρίμματα βιομάζα θεωρούνται μόνο εκείνα φυτικής ή ζωικής προέλευσης (υπολείμματα τροφών, χαρτί, προϊόντα ξύλου).

Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Ο κύκλος του διοξειδίου του άνθρακα κατά το σχηματισμό και την ενεργειακή αξιοποίηση της βιομάζας

Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Α. ΑΓΡΟΤΙΚΗ ΒΙΟΜΑΖΑ: 1. από ενεργειακές καλλιέργειες: 1. ξυλώδης Δενδρώδεις ενεργειακές καλλιέργειες (ακακία, λεύκα, ιτιά, ευκάλυπτος) για την παραγωγή λιγνινο-κυτταρινικής βιομάζας – βιομάζα με υψηλή περιεκτικότητα λιγνίνης και χαμηλή υγρασία κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς 2. χορτώδης Χορτώδεις ενεργειακές καλλιέργειες (μίσχανθος, καλάμι, αγριαγκινάρα) για την παραγωγή λιγνινο-κυτταρινικής βιομάζας – βιομάζα με χαμηλή περιεκτικότητα λιγνίνης και χαμηλή υγρασία κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς 3. υγρή χορτώδης Χορτώδεις ενεργειακές καλλιέργειες (κυρίως ενεργειακός αραβόσιτος) για την παραγωγή λιγνινο-κυτταρινικής βιομάζας – βιομάζα με χαμηλή περιεκτικότητα λιγνίνης και υψηλή υγρασία κατάλληλη συν-χώνευση με ζωικά κ.α. απόβλητα και την παραγωγή βιοαερίου 4. Σάκχαρων αμύλου Ενεργειακές καλλιέργειες για την παραγωγή βιομάζας πλούσιας σε σάκχαρα (σακχαρούχο σόργο, ζαχαρότευτλα) ή άμυλο (αραβόσιτος και άλλα δημητριακά) κατάλληλες για την παραγωγή βιο-αιθανόλης 5. ελαίων Ενεργειακές καλλιέργειες για την παραγωγή σπόρων πλούσιων σε έλαια (ελαιοκράμβη, ηλίανθος), για την παραγωγή βιοντίζελ και υδρογονομένων ελαίων 2. από αγροτικά υπολείμματα: 1. χορτώδης Υπολείμματα ετήσιων καλλιεργειών (άχυρα, υπολείμματα αραβόσιτου, βαμβακιού, καπνού κ.α.) για την παραγωγή λιγνινο-κυτταρινικής βιομάζας – βιομάζα με χαμηλή περιεκτικότητα λιγνίνης και χαμηλή υγρασία κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς (στην κατηγορία αυτή εμπίπτει και η βιομάζα από μόνιμους βοσκότοπους και χορτολιβαδικές εκτάσεις) 2. ξυλώδης Υπολείμματα δενρωδών πολυετών καλλιεργειών (κλαδέματα ελιάς, αμπέλων, οπορωφόρων κ.α.) για την παραγωγή λιγνινο-κυτταρινικής βιομάζας – βιομάζα με υψηλή περιεκτικότητα λιγνίνης και χαμηλή υγρασία κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς 3. από ζωικά απόβλητα: 1. ξηρή Απόβλητα πτηνοτροφίας και αμνοεριφίων, χαμηλής περιεκτικότητας σε υγρασία, κατάλληλα για χώνευση προς βιοαέριο αλλά και καύση ή άλλες θερμοχημικές διεργασίες 2. υγρή Απόβλητα βοοειδών και χοίρων με υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία κατάλληλα για χώνευση προς βιοαέριο

Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Β. ΔΑΣΙΚΗ ΒΙΟΜΑΖΑ: 1. από την άμεση δασική παραγωγή: 1. Υφιστάμενη Κορμοί για την παραγωγή οικοδομικής ξυλείας, επίπλων και άλλων αντικειμένων ή χαρτιού – αν και δυνάμει βιομαζικά καύσιμα λιγνινοκυτταρινικής βιομάζας με υψηλή περιεκτικότητα λιγνίνης (κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς) η παραγωγή τους καθορίζεται από τη ζήτηση για μη-ενεργειακές χρήσεις και εν προσμετρούνται στο δυναμικό βιομάζας 2. Συμπληρωματική Δυνητική επιπλέον παραγωγή κορμών, η οποία να υπερβαίνει τη ζήτηση μη-ενεργειακών χρήσεων και να προορίζεται για ενεργειακούς σκοπούς, εντός των ορίων ανανεώσιμης εκμετάλλευσης των δασών – λιγνινοκυτταρινική βιομάζα με υψηλή περιεκτικότητα λιγνίνης (κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς) 2. από υπολείμματα υλοτομίας και βιομηχανίας ξύλου: 1. πρωτογενή Υπολείμματα υλοτομίας εντός των ασικών περιοχών, αποτελούμενη από τις βάσεις των δέντρων και το τμήμα της ρίζας που μπορεί να εξαχθεί, το λεπτό και επάνω μέρος του κορμού, τα κλαδιά και τα φύλλα – η απομάκρυνση ττους από το δάσος πρέπει να εμπίπτει στους όρους ανανεώσιμης υλοτομίας – λιγνινοκυτταρινική βιομάζα με υψηλή περιεκτικότητα λιγνίνης (κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς) 2. δευτερογενή Υπολείμματα της επεξεργασίας και της βιομηχανίας ξύλου (φλοιοί, ακατάλληλα τεμάχια ξύλου, ροκανίδια, πριονίδια, ξυλόσκονη) – λιγνινοκυτταρινική βιομάζα με υψηλή περιεκτικότητα λιγνίνης (κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς) 3. τριτογενή Ξύλο από κατεδαφίσεις και αστικά απορρίμματα ξύλου – λιγνινοκυτταρινική βιομάζα με υψηλή περιεκτικότητα λιγνίνης (κατάλληλη για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες ή βιοκαύσιμα 2ης γενιάς)

Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Γ. ΑΠΟΒΛΗΤΑ 1. πρωτογενή Ξυλώδης ή χορτώδης βιομάζα από τη διαχείριση κήπων, πάρκων και νησίδων ή παριών αστικών και εθνικών οδών 2. δευτερογενή Απόβλητα βιομηχανιών τροφίμων ποικίλης φύσης (υγρά απόβλητα κατάλληλα για χώνευση προς βιοαέριο, ελαιοπυρήνες, περιβλήματα ξηρών καρπών, απόβλητα εκκοκιστηρίων κ.α. – ειδικά τα λίπη σφαγείων και το έλαιο από σπόρους βαμβακιού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή βιοντίζελ) 3. τριτογενή Ιλύς αστικών αποβλήτων (υψηλής υγρασίας αναερόβια χώνευση προς βιοαέριο ή χαμηλής υγρασίας για καύση και άλλες θερμοχημικές διεργασίες), οργανικό κλάσμα αστικών απορριμμάτων (ζυμώσιμο προς χώνευση για παραγωγή βιοαερίου ή μη-ζυμώσιμο χαμηλής υγρασίας και ξυλώδες προς καύση ή θερμοχημική αξιοποίηση), χρησιμοποιημένα έλαια προς βιοντίζελ ή υδρογόνωση κ.α.

Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Η βιομάζα αφορά ποικιλία πρώτων υλών που αξιοποιούνται ενεργειακά με πλήθος τεχνολογιών: 

Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ

Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Τα βιοκάυσιμα διακρίνονται σε: στερεά ξύλο, αγροτικά υπολείμματα, ενεργειακές καλλιέργειες, οργανικό κλάσμα απορριμμάτων υγρά βιο-έλαιο ή βιο-αργό, βιοντιζελ, βιο-αιθανόλη   αέρια: αέριο σύνθεσης , βιο-αέριο Ενεργειακό περιεχόμενο βιοκαυσίμων και ορυκτών καυσίμων: ξηρά στερεά βιομάζας: 16 - 22 MJ/kg ορυκτός άνθρακας : 27 MJ/kg λιγνίτης: 5 ΜJ/kg Βιοντίζελ 35 MJ/lt ή 40.000 MJ/tn (πυκνότητα 0,88 kg/lt) Βιοέλαιο 12 - 18 MJ/lt ή 10 – 15.000 MJ/tn (πυκνότητα 1,2 kg/lt) Ντίζελ 38 MJ/lt ή 44.000 MJ/tn (πυκνότητα 0,86 kg/lt) Βιοαιθανόλη 20 MJ/lt ή 25.000 MJ/tn (πυκνότητα 0,79 kg/lt) Βενζίνη 32 MJ/lt ή 46.000 MJ/tn (πυκνότητα 0,69 kg/lt) Βιοαέριο 22 MJ/m3 ή 6 kWh/m3 ή 0,50 τιπ/m3 Αέριο σύνθεσης 5 -20 MJ/m3 ανάλογα με το μέσο αεριοποίησης (αέρας < οξυγόνο < ατμό) Φυσικό αέριο 37 MJ/m3 ή 10 kWh/m3 ή 0,90 τιπ/m3

Η ΠΡΩΤΟΓΕΝΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Η πρωτογενής στερεή βιομάζα (ξύλο, άχυρο, βλαστοί, φύλα, υπολείμματα βιομηχανίας ξύλου, χαρτιού και διατροφής, ζωικά και αστικά απόβλητα, οργανικό κλάσμα αστικών απορριμμάτων, στερεά ενεργού ιλύος – εξαίρεση αποτελούν τα έλαια για την παραγωγή βιοντίζελ και τα σάκχαρα/άμυλο για την παραγωγή βιοαιθανόλης), αποτελείται:   από το οργανικό μέρος: 0,5 – 90 % κ.β. (ξηρό και ελεύθερο τέφρας) το ανόργανο μέρος: 0,1 – 35 % κ.β. νερό: 99,5 – 10 % κ.β. Ειδικά στη ξυλώδη, τη φυσικά ξηραμένη αγροτική βιομάζα, τα ξηρά ζωικά απόβλητα, το οργανικό κλάσμα αστικών απορριμμάτων και τα ξηρά στερεά ενεργού ιλύος, τα παραπάνω διαστήματα περιορίζονται σε: οργανικό μέρος: 55 – 90 % κ.β. (ξηρό και ελεύθερο τέφρας) το ανόργανο μέρος: 5 – 35 % κ.β. νερό: 10 – 60 % κ.β. Το οργανικό μέρος της βιομάζας (η ξηρή και ελέυθερη τέφρας βιομάζα) αποτελείται κυρίως από άνθρακα, οξυγόνο και υδρογόνο καθώς και μικρές ποσότητες αζώτου (0,3 – 0,5 % κ.β) και θείου (0,2 – 0,3 % κ.β.): άνθρακας 45 – 60 % κ.β. τυπική τιμή: 50 % κ.β. οξυγόνο 40 – 45% κ.β. τυπική τιμή: 44 % κ.β. υδρογόνο 5 – 7 % κ.β. τυπική τιμή: 6 % κ.β.

Η ΠΡΩΤΟΓΕΝΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ Τυπική σύσταση βιομάζας :   Η Ανώτερη Θερμογόνος Δύναμη (ΑΘΔ) της ξηρής και ελεύθερης τέφρας βιομάζας υπολογίζεται από τη σχέση: ΑΘΔ = 33890,4 x C + 144180,6 x (H – O/8) kJ/kg Η Κατώτερη Θερμογόνο Δύναμη (ΚΘΔ) της ξηρής και ελεύθερης τέφρας βιομάζας υπολογίζεται από την ΑΘΔ αφαιρώντας τη λανθάνουσα θερμότητα συμπύκνωσης του ατμού που παράγεται από την καύση (ο ατμός όταν υγροποιείται αποδίδει θερμότητα 40,7 kJ/mole ατμού).

λ = 31 mol ατμού / kg βιομάζας x 40,7 kJ/mol = 1.262 kJ / kg βιομάζας ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: ΑΘΔ και η ΚΘΔ της τυπικής βιομάζας. Σύσταση βιομάζας: 10 % κ.β. υγρασία, 5 % κ.β. τέφρα και 85 % κ.β. οργανικό μέρος (ο.μ.) Σύσταση ο.μ.: 50 % κ.β. άνθρακα, 44 % κ.β. οξυγόνο και 6 % κ.β. υδρογόνο ΑΘΔ οργανικού μέρους: ΑΘΔ = 33.890,4 x 0,5 + 144.180,6 x (0,06 – 0,44/8) = 17.666 kj/kg ο.μ.   ΑΘΔ βιομάζας: 0,85 kg ο.μ./ kg βιομάζας x 17.666 kJ/kg ο.μ.= 15.016 kj/kg βιομάζας Το 1 kg βιομάζας περιέχει: 10 % ή 100 γρ νερού ή 100/18 = 5,5 mol νερού (ΜΒ νερού 18 gr/mol)   85 % ή 850 γρ ο.μ. x 6% κβ Η2 = 51 γρ Η2ή 51/2 = 25,5 mol H2 τα οποία κατά την καύση τους (Η2 + ½ Ο2 <=> Η2Ο) δίνουν 25,5 mol νερού. mol ατμού από την καύση 1 kg βιομάζας: 5,5 mol από την εξάτμιση της υγρασίας   25,5 mol από την καύση του υδρογόνου του ο.μ.   31 mol ατμού / kg βιομάζας λανθάνουσα θερμότητα συμπύκνωσης ατμού: λ = 31 mol ατμού / kg βιομάζας x 40,7 kJ/mol = 1.262 kJ / kg βιομάζας ΚΘΔ βιομάζας : ΚΘΔ = ΑΘΔ – λ = = 15.016 kJ/kgβιομάζας – 1.262 kJ / kg βιομάζας = = 13.754 kJ/kgβιομάζας

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2: θερμότητα σχηματισμού του οργανικού μέρους της τυπικής βιομάζας. Το οργανικό μέρος περιέχει 50 % κ.β. άνθρακα, 44 % κ.β. οξυγόνο και 6 % κ.β. υδρογόνο και η ΑΘΔ είναι:   ΑΘΔ = 33.890,4 x 0,5 + 144.180,6 x (0,06 – 0,44/8) = 17.666 kj/kg ο.μ. Η ΑΘΔ είναι ηθερμότητα που εκλύεται κατά την πλήρη καύση 1 kg ο.μ. 1 kg ο.μ. περιέχει: 500 gr C ή 41,6 mol C 440 gr O ή 27,5 mol O 60 gr H ή 60 mol H και η καύση του μπορεί να γραφτεί ως εξής: C41,6O27,5H60 + 42,85 O2 => 41,6 CO2 + 30 H2O +17.666 kJ Η θερμότητα που εκλύεται από την παραπάνω αντίδραση είναι: 17.666 = 41,6 ΔΗCO2 + 30 ΔHH2O – ΔΗξ.βιομάζας και ΔΗξ.βιομάζας = 41,6*393,5 + 30*285,8 – 17.666= 7.277,6 kj/kg Όπου 393,5 και 285,8 kj/mol η ενθαλπία σχηματισμού του διοξειδίου του άνθρακα και του νερού αντίστοιχα.

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Η εκτίμηση του δυναμικού βιομάζας είναι ένα περίπλοκο ζήτημα, το οποίο συμπυκνώνεται στο δίλημμα χρήσης γης για ενέργεια ή τροφή. Το δίλημμα αυτό επηρεάζεται από: 1. την αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού 2. την εξέλιξη των διατροφικών συνηθειών 3. τη διαθεσιμότητα νερού στις διάφορες περιοχές του πλανήτη 4. την παραγωγικότητα της διατροφικής γεωργίας 5. τη γεωγραφική κατανομή της παραγωγής τροφής και τα οικονομικά του παγκόσμιου εμπορίου   ενώ η αύξηση της παραγωγής βιοενέργειας έχει τα πλεονεκτήματα: του περιορισμού των εκπομπών διοξειδίου και της αντιμετώπισης της υπερθέρμανσης του πλανήτη της ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασμού σε τοπικό/εθνικό επίπεδο της εξισορρόπησης του ισοζυγίου εισαγωγών/εξαγωγών με τον περιορισμό των εισαγωγών πετρελαίου και πιθανώς της αύξησης των εξαγωγών βιομάζας από χώρες με πλεόνασμα την ενίσχυση τοπικών οικονομιών και της κοινωνικής/περιφερειακής συνοχής γιατί η παραγωγή ενέργειας από βιομάζα είναι έντασης εργασίας Στο πλαίσιο αυτό το παγκόσμιο τεχνικό δυναμικό βιομάζας εκτιμάται σήμερα ως εξής: Min max ave Ενεργειακές καλλιέργειες σε αγροτική γη 0 – 17.000 Mtoe (2.000 – 8.000 Mtoe) >> >> σε οριακή γη 1.500 – 2.500 Mtoe Αγροτικά υπολείμματα 500 – 1.500 Mtoe Ζωικά απόβλητα 100 – 1.500 Mtoe Αστικά απόβλητα/απορρίμματα 100 – 1.500 Mtoe ΣΥΝΟΛΟ 2.700 – 24.000 Mtoe (4.700 – 15.000 Mtoe) Δηλαδή περίπου 25 – 250 % του παγκόσμιου ενεργειακού ισοζυγίου (πιθανότερα 50 – 150 %)

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ 5,45 % of 1.806 Mtoe 10,5 % of 33,5 Mtoe Biomass use in EU-27 (2007 data) (Mtoe) gross consumption 98,6 cogeneration 33,3 biofuels 7,9 industrial heating 18,6 domestic heating 35,0 5,45 % of 1.806 Mtoe “European Biomass Statistics 2009” European Biomass Association, Brussels, 2009 Biomass technical potential in EU-27 (2007 data) ΕU-27 Greece Mtn (dry) Mtoe agricultural residues 76,128 36,153 3,833 1,820 manure 76,438 18,082 0,516 0,179 forest 97.892 46,489 1,199 0,569 industrial 74,268 25,975 0,590 0,28 sewage sludge 9,945 2,362 0,020 municipal biodegradable 23,685 0,643 lignocellulosic 13,585 6,452 TOTAL 159,198 3,511 10,5 % of 33,5 Mtoe C. Panoutsou et al “Biomass supply in EU27 from 2010 to 2030” Energy Policy (2009) 8,80 % of 1.806 Mtoe

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Πηγή: Biomass futures

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Land Availability 34,3 % of 1.806 Mtoe G. Fischer et al“Biofuel production potentials in Europe: Sustainable use of cultivated land and pastures, Part II: Land use scenarios” Biomass and Bioenergy 34 (2010) 173 – 187 Land Availability scenario1 scenario2 scenario3 arable pasture TOTAL Mstr (%) Mstr ΕU-15 81 (11) 27 (4) 83 (16) 164 ΕU-12 224 (52) 197 (46) 69 (46) 293 Ukraine 226 (70) 218 (67) 39 (49) 265 531 (36) 442 (30) 191 (26) 722 34,3 % of 1.806 Mtoe 10,5 % of 1.806 Mtoe 14,5 % of 1.806 Mtoe 21,7 % of 1.806 Mtoe

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Agricultural land (Mstr) In use Not in use (1999) 2002 2003 2004 2005 2006 Agricultural land 39,7 39,4 39,0 38,7 38,5 In use (35,8) 38,2 37,8 37,6 37,4 Yearly crops (19,7) 21,8 21,4 21,1 21,0 20,4 (of those pasture) (0,8) Perennial crops (10,0) 11,4 11,3 Horticulture (0,1) 1,2 1,1 Fallow 4,2 4,3 4,0 4,5 Permanent Pasture (6,1) Not in use a decline in land for yearly crops of about 1,5 Mstr in 5 years almost ½ of the fallow was excessive more than 1 Mstr is not in use almost 5 Mstr may be available for energy crops, from these land sources, in case energy crops economics are favorable

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Greece Mstr Mtn (dry) Mtoe agricultural res. 3,833 1,820 manure 0,516 0,179 forest 1,199 0,569 industrial 0,590 0,28 sewage sludge 0,020 municipal 0,643 energy crops on deserted land 1,2 1,500 0,700 on fallow 4,5 5,625 2,670 on marginal land 3,5 – 10,2 4,4 – 12,8 2,1 – 6,1 TOTAL 17,7 – 26,1 8,3 – 12,3 technical potential 2010 3,5 Mtoe/a (C. Panoutsou et al “Biomass supply in EU27 from 2010 to 2030” Energy Policy (2009)) energy crops 5,5 – 9,5 Mtoe/a energy crops can increase domestic biomass potential by 150 – 250 % today the technical biomass potential corresponds to 18 Mtn of lignite or 25 % of domestic lignite annual production extensive intrusion of energy crops can lead to an energy equivalent of 50 – 75 Mtn of lignite or 70 – 100 % of domestic lignite annual production (up to 30 – 50 % of annual oil imports)

ΚΟΣΤΟΣ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΟΥΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Με εξαίρεση τα απορρίμματα και την ιλύ (για το οποία υφίστανται ήδη εκτεταμένα δίκτυα συλλογής και μεταφοράς τους), το υψηλό κόστος συλλογής και μεταφοράς:   των αγροτικών παραπροϊόντων των εσοδειών ενεργειακών καλλιεργειών και των παραπροϊόντων υλοτομίας αποτελεί έναν από τους κυριότερους ανασταλτικούς λόγους επέκτασης της ενεργειακής αξιοποίησης βιομάζας. Το κόστος συλλογής, ουσιαστικά αφορά την τιμή πώλησης της πρωτογενούς βιομάζας από τον παραγωγό (γεωργό ή υλοτόμο) και περιλαμβάνει τόσο τα καλλιεργητικά κόστη (στην περίπτωση της αγροτικής βιομάζας) όσο και το κέρδος του παραγωγού από την παραγωγή και διάθεση της. Όσον αφορά στο κόστος οδικής μεταφοράς (για μικρές και μέσες αποστάσεις και όχι διεθνές εμπόριο), αυτό υπολογίζεται, κατά μέσο όρο, ως εξής: Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 40 τόνοι Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 130 m3 Μέση ταχύτητα 65 Km/h Χρήση καυσίμου (Diesel) 45 L/100 km Κόστος καυσίμου 1,5 €/lt (1,5*45/100 = 0,68 €/km) Οδηγός + συντήρηση + απόσβεση φορτηγού + κέρδος 25 €/h (25/65 = 0,38 €/km) Κόστος ανά km 1,06 €/km Το κόστος φόρτωσης και εκφόρτωσης είναι ευάλωτο σε διακυμάνσεις και υπολογίζεται με βάση τον όγκο σε περίπου 0,50 €/m3

ΚΟΣΤΟΣ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΟΥΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Οι μορφές πρωτογενούς βιομάζας και οι ιδιότητες που επηρεάζουν το κόστος μεταφοράς τους είναι:   Φαινόμενη Πυκνότητα Υγρασία ΚΘΔ Πυκνότητα ενέργειας (kg/m3) (%) (kWh/tn) (kWh/m3) Ξύλο 250 10-50% 2000 – 5000 775 – 1190 Πριονίδι 200 20-50% 3300 – 5000 660 – 1000 Άχυρο 130 10-18% 3300 – 5000 430 – 650 Πελλέτες ξύλου 650 10% 4400 – 5000 2860 – 3250 Πελλέτες άχυρου 600 10% 4400 – 5000 2650 – 3000 Οπότε, το κόστος μεταφοράς για το ξύλο (φαινόμενη πυκνότητα 0,25 τν/m3), υπολογίζεται ως εξής: Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 40 τόνοι ή 160 m3 Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 130 m3 ή 32,5 τόνοι Κόστος φορτο-εκφόρτωσης: 65 € Κόστος μεταφοράς σε 100 km με επιστροφή 212 € 277 € ή 277/32,5 = 8,5 €/τν/100 χλμ

ΚΟΣΤΟΣ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΟΥΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Για πριονίδι (φ. πυκνότητα 0,20 τν/m3):   Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 40 τόνοι ή 200 m3 Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 130 m3 ή 26 τόνοι   Κόστος φορτο-εκφόρτωσης: 65 € Κόστος μεταφοράς σε 100 km με επιστροφή 212 € 277 € ή 277/26 = 10,7 €/τν/100 χλμ Για άχυρο (φαινόμενη πυκνότητα 0,13 τν/m3):   Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 40 τόνοι ή 308 m3 Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 130 m3 ή 17 τν Κόστος μεταφοράς σε 100 km με επιστροφή 212 € 277 € ή 277/17 = 16,3 €/τν/100 χλμ Για πελλέτες ξύλου (φ. πυκν. 0,65 τν/m3):   Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 40 τόνοι ή 62 m3 Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 130 m3 ή 84,5 τν   Κόστος φορτο-εκφόρτωσης: 31 € 243€ ή 243/40 = 6,1 €/τν/100 χλμ Για πελλέτες άχυρου (φ. πυκν. 0,65 τν/m3): Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 40 τόνοι ή 65 m3 Μέγιστη χωρητικότητα φορτηγού 130 m3 ή 78 τόνοι   Κόστος φορτο-εκφόρτωσης: 32 € 244 € ή 244/40 = 6,1 €/τν/100 χλμ  

ΚΟΣΤΟΣ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΠΡΩΤΟΓΕΝΟΥΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ C. Panoutsou et al“Biomass supply in EU27 from 2010 to 2030” Energy Policy (2009) total biomass costs, in Europe, are about 25 €/d.tn (retail price), with capital and transportation costs dominating (these costs do not include profit margins) retail prices of crop residues (the closest in nature to energy crops biomass) vary between 30 – 100 €/d.tn (below 70 €/str in most countries) M. Hoogwijk et al“Exploration of regional and global cost–supply curves of biomass energy from short-rotation crops at abandoned cropland and rest land under four IPCCSRES land-use scenarios” Biomass and Bioenergy (2009)

ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ rain fed irrigated (dry tn /str) min ave max sorghum 1,4 2,2 Europe 2,4 3,2 Greece kenaf 0,8 2,6 cardoon 1,5 2,5 Italy 0,6 1,6 1,7 miscanthus 0,9 3,0 4,4 reed 2,0 3,5 S. France 0,5 1,3 1,9 0,7 switchgrass USA 2,3 eucalyptus 2,8 5,0 acacia 1,0 poplar 1,1 1,25 d.tn/str (0,6 – 1,5 d.tn/str) is a conservative estimation for the average yield in rein-fed land and 2,5 d.tn/str (2 – 3 d.tn/str) for the average yield in irrigated land

amortization of plantation costs ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ (€/str/a) amortization of plantation costs annual costs TOTAL ANNUAL COSTS min ave max sorghum 130 136 140 kenaf 160 170 cardoon 11,3 15,9 26,4 27,2 32,5 miscanthus 33,0 46,0 28,7 40,7 45,8 61,7 70,0 86,7 18,7 18,5 37,2 reed 24,2 29,2 52,9 53,4 84 switchgrass 10,0 22,1 26,8 32,1 36,0 52,0 poplar 14,5 24,0 35,0 38,5 56,0 acacia 50,0 63,0 eucalyptus 43,0 cardoon, studied extensively in Greece, seems to have annual cultivation costs (including a 10 year amortization of the initial investment) below 35 €/str, while other species, suitable for Greece, slightly overcome 40 €/str (the costs for the termination of the plantation rise the total cost for reed, slightly above 50 €/str)

econ. feasibility €/d.tn ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ break even point, €/d.tn econ. feasibility €/d.tn (general estimation) 30 – 90 USA 45 – 108 Europe 42 – 86 Greece sorghum 36 – 42 57 cardoon 24 – 54 57 – 80 switchgrass 38 – 48 25 – 40 51 – 87 reed 43 acacia 32 – 54 willow 30 – 80 30 – 80 €/d.tn is the conservative range for dry biomass farm-gate price, which is going to be used in the forthcoming analysis

ΚΟΣΤΟΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ και ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Τα καυσόξυλα διατίθενται λιανικά προς 70 – 120 €/τν και θεωρώντας ότι η ΚΘΔ τους είναι 5 ΜWh/τν, το κόστος ενέργειας από καυσόξυλα ανέρχεται σε 14 – 24 €/MWh περιλαμβάνοντας τόσο το κόστος παραγωγής τους (υλοτόμηση), το κόστος μεταφοράς τους σε μέσες αποστάσεις (έως 100 χλμ), τα αντίστοιχα κέρδη (του υλοτόμου του μεταφορέα και του πωλητή) και τους φόρους.   Το άχυρο των δημητριακών (και του αραβόσιτου) χρησιμοποιείται σήμερα για ζωοτροφή και διατίθεται από τους παραγωγούς 100 €/τν. Η μεταφορά κοστολογείται σε 16 €/τν/100 χλμ, οπότε μπορεί να φθάσει στον τελικό καταναλωτή σε τιμή 116 €/τν. Το θερμικό περιεχόμενο του άχυρου είναι 5 ΜWh/τν, οπότε το κόστος της θερμικής MWh από άχυρο αναμένεται να κυμαίνεται στο διάστημα 23 €/MWh. Για μέση τιμή διάθεσης του ντίζελ θέρμανσης 1500 €/m3 και με το θερμικό του περιεχόμενο να ανέρχεται σε 10,5 ΜWh/m3, το κόστος θερμικής MWh από ντίζελ θέρμανσης είναι 143 €/MWh. Στις περιοχές που υπάρχει δίκτυο φυσικού αερίου, το κόστος της θερμικής MWh τιμολογείται δια νόμου 20 % φθηνότερα της θερμικής MWh από ντίζελ θέρμανσης, δηλαδή στην περιοχή των 114 €/MWh.

ΚΟΣΤΟΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ και ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Αντίστροφα, για να είναι συμφέρουσα η χρήση της βιομάζας από ενεργειακές καλλιέργειες, ως καύσιμο οικιακής θέρμανσης, θα πρέπει το κόστος της θερμικής MWh να είναι 143 €/MWh (ή 114 €/MWh στις περιοχές δικτύου Φ/Α). Θεωρώντας το θερμικό περιεχόμενο της βιομάζας ενεργειακών καλλιεργειών στις 5 MWh /τν, η τιμή που η βιομάζα θα πρέπει να είναι 715 €/τν (570 €/τν, στις περιοχές με φυσικό αέριο). Θεωρώντας ΦΠΑ 23 % και ότι το κόστος μεταφοράς της θα είναι παραπλήσιο με αυτό του άχυρου (16 €/τν/100χλμ), η τιμή διάθεσης της βιομάζας των ενεργειακών καλλιεργειών από τον παραγωγό θα πρέπει να είναι 568 €/τν (450 €/τν, στις περιοχές με φυσικό αέριο).

ΚΟΣΤΟΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ και ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Η ΔΕΗ κοστολογεί την εξόρυξη λιγνίτη (θερμογόνο δύναμη 1,4 MWh/τν) στα 10 €/τν ή 7,1 €/MWhinput. Κάθε τόνος λιγνίτη εκλύει κατά την καύση του 0,5 tn CO2. Το κόστος δικαιωμάτων εκπομπής CO2 είναι σήμερα 12 €/tn CO2 ή 6 €/τν λιγνίτη ή 4,3 €/MWhinput. Οπότε η χρήση λιγνίτη από τη ΔΕΗ της στοιχίζει σήμερα 11,4 €/MWhinput. Θεωρώντας μέσο συντελεστή απόδοσης των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής (ΑΗΣ) 33 %, το κόστος του λιγνίτη για την παραγωγή 1 MWhe, είναι 11,4/0,33 = 34,5 €/MWhe, ενώ διαθέτει την ηλεκτρική MWhe στην οριακή τιμή των 88 € (το κόστος του λιγνίτη αποτελεί το 39 % του κόστους της ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ το υπόλοιπο 61 % είναι τα λειτουργικά έξοδο των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής, του διοικητικού μηχανισμού της ΔΕΗ και του κέρδους της). Θεωρώντας ως επαρκές κέρδος από τον παραγωγό αγριαγκινάρας (ετήσια καλλιεργητικά κόστη: 30 €/στρ) τα 40 €/στρ/έτος και μέση παραγωγή ξηρής βιομάζας τον 1 τν/στρ, η τιμή διάθεσης της ξηρής βιομάζας από τον παραγωγό διαμορφώνεται στο διάστημα:   παραγωγή κέρδος καλλιεργητικά κόστη τιμή διάθεσης ξ. βιομάζας τν/στρ/έτος €/στρ/έτος €/στρ/έτος €/τν 1 40 30 70 ή 70 €/τν / 18000 MJ/τν * 3600 ΜJ/MWh = 14 €/MWhinput. Θεωρώντας, ότι οι καλλιεργήσιμες εκτάσεις της Δ. Μακεδονίας απέχουν από τις μονάδες ηλεκτροπαραγωγής (ΑΗΣ) κατά μέσο όρο 30 χλμ, το συνολικό κόστος με το οποίο η βιομάζα θα φθάνει στους ΑΗΣ είναι: (65 + 2 x 30 x 1,06)/16,9 = 8 €/τν ή 1,5 €/MWh

ΚΟΣΤΟΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ και ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Οπότε, το συνολικό κόστος της πρώτης ύλης βιομάζας για τη ΔΕΗ, θα ανέλθει σε:   15,5 €/MWh για αγριαγκινάρα από τη Δ. Μακεδονία Οι διαθέσιμες εκτάσεις για την καλλιέργεια αγριαγκινάρας και η παραγωγή ξ. βιομάζας για απόδοση 1 ξ.τν βιομάζας /στρ, στη Δ. Μακεδονία, είναι: 0,75 εκ. στρ ή 0,75 εκ. ξ. τν ή 3,75 εκ. MWhinput Οι οποίοι βάση του θερμικού τους περιεχομένου μπορούν να υποκαταστήσουν: (0,75 εκ. ξ. τν βιομάζας) Χ (5 MWhinput/ξ.τν) / (1,4 MWhinput /τν λιγνίτη) = 2,7 εκ. τν λιγνίτη ή το 5,95 % της παραγωγής λιγνίτη στη Δ. Μακεδονία (45 εκ. τν / έτος). Το συνολικό (εξόρυξη + εκπομπές CO2) κόστος λιγνίτη για τους ΑΗΣ της Δ. Μακεδονίας είναι: 45 εκ. τν x 16 €/τν = 720 εκ. € Ενώ στην περίπτωση της υποκατάστασης του 5,95 % του λιγνίτη από αγριαγκινάρα, το κόστος αυτό θα αυξανόταν σε: (45 – 2,7) εκ. τν λιγνίτη Χ 16 €/τν + 0,75 εκ. ξ. τν αγριαγκινάρα Χ 78 €/ξ. τν = 735 εκ. € ή κατά 2,1 %. Όμως το κόστος του λιγνίτη αποτελεί το 39 % του συνολικού κόστους της παραγόμενης ηλεκτρικής MWhe, οπότε η αύξηση της οριακής τιμής του ηλεκτρικού ρεύματος προς τον τελικό καταναλωτή θα ήταν μόνο 2,1 x 0,39 = 0,8 %.

ΘΕΜΑ ΓΙΑ ΤΟ ΣΠΙΤΙ Σε μέση απόσταση Α χλμ από τη θέση όπου πρόκειται να εγκατασταθεί μονάδα συμπαραγωγής από βιομάζα, υπάρχουν διαθέσιμα Β χιλ στρ για την παραγωγή αγριαγκινάρας. Τα ετήσια καλλιεργητικά κόστη για την παραγωγή αγριαγκινάρας είναι 20 €/στρ, η ετήσια αποπληρωμή της αρχικής εγκατάστασης της φυτείας 15 €/στρ και το επιθυμητό περιθώριο κέρδους από τον παραγωγό 50 €/στρ. Αν η μέση στρεμματική απόδοση της αγριαγκινάρας στην περιοχή αναμένεται να είναι Γ ξ.τν/στρ και η σύσταση της φυσικής βιομάζας: C Δ % Η Ε % Ο 100 – Δ – Ε Τέφρα 3 % Υγρασία Ζ % να υπολογιστεί το ειδικό κόστος (€/ΜWh) της θερμικής ενέργειας εισόδου στη μονάδα με βάση την ΑΘΔ και την ΚΘΔ της πρώτης ύλης. Για τη μεταφορά βιομάζας αγριαγκινάρας χρησιμοποιούνται “μπάλες” με φαινόμενη πυκνότητα 300 kg/m3 – το κόστος μεταφοράς και φορτο-εκφόρτωσης να υπολογισθεί όπως στις σημειώσεις. Οι λύσεις να παραδοθούν σε αρχείο εξέλ με τη παρακάτω δομή:

ΘΕΜΑ ΓΙΑ ΤΟ ΣΠΙΤΙ (συμπληρώνονται μόνο τα σκιασμένα κελιά) Απόσταση χλμ Ετήσια καλιεργητικά κόστη €/στρ/έτος Έκταση στρ Αποπληρωμή φυτείας Στρεμματική απόδοση ξ.τν/στρ Περιθώριο παραγωγού Βιομάζα ξετ βιομάζα C % gr/kg mol/kg Η Ο Τέφρα Υγρασία ΑΘΔ ξετ βιομάζας kJ/kg ξ. βιομάζας Παραγωγή βιομάζας tn ξ. βιομάζας/έτος ΑΘΔ βιομάζας kJ/kg βιομάζας Φορτίο βιομάζας tn/δρομολόγιο mol/kg βιομάζας ξ.tn/δρομολόγιο Παραγόμενη υγρασία Κόστος μεταφοράς €/ξ.tn Ολική υγρασία κέρδος παραγωγού ΚΘΔ βιομάζας κόστη παραγωγού Κόστος βιομάζας MWh/tn €/tn κόστος θερμικής €/MWh ΑΘΔ ενέργειας εισόδου €/MWh ΚΘΔ

ΘΕΜΑ ΓΙΑ ΤΟ ΣΠΙΤΙ – ΟΜΑΔΕΣ Β Γ Δ Ε Ζ 23 135 235 1,7 51,2 6,56 16 24 140 245 1,75 51,3 6,54 16,5 25 145 255 1,8 51,4 6,52 17 26 150 265 1,85 51,5 6,5 17,5 27 155 275 1,9 51,6 6,48 18 28 160 285 1,95 51,7 6,46 18,5 29 165 295 2 51,8 6,44 19 30 170 305 2,05 51,9 6,42 19,5 31 175 315 2,1 52 6,4 20 32 180 325 2,15 52,1 6,38 20,5 33 185 335 2,2 52,2 6,36 21 34 190 345 2,25 52,3 6,34 21,5 35 195 355 2,3 52,4 6,32 22 36 200 365 2,35 52,5 6,3 22,5 37 205 375 2,4 52,6 6,28 38 210 385 2,45 52,7 6,26 23,5 39 215 395 2,5 52,8 6,24 40 220 405 2,55 52,9 6,22 24,5 41 225 415 2,6 53 6,2 42 230 425 2,65 53,1 6,18 25,5 43 435 2,7 53,2 6,16 44 240 445 2,75 53,3 6,14 26,5 Α Β Γ Δ Ε Ζ 1 25 15 0,6 49 7 5 2 30 0,65 49,1 6,98 5,5 3 35 0,7 49,2 6,96 6 4 40 45 0,75 49,3 6,94 6,5 55 0,8 49,4 6,92 50 65 0,85 49,5 6,9 7,5 75 0,9 49,6 6,88 8 60 85 0,95 49,7 6,86 8,5 9 95 49,8 6,84 10 70 105 1,05 49,9 6,82 9,5 11 115 1,1 6,8 12 80 125 1,15 50,1 6,78 10,5 13 135 1,2 50,2 6,76 14 90 145 1,25 50,3 6,74 11,5 155 1,3 50,4 6,72 16 100 165 1,35 50,5 6,7 12,5 17 175 1,4 50,6 6,68 18 110 185 1,45 50,7 6,66 13,5 19 195 1,5 50,8 6,64 20 120 205 1,55 50,9 6,62 14,5 21 215 1,6 51 6,6 22 130 225 1,65 51,1 6,58 15,5