تولید الکهرباء بواسطة الوقود الحیوى الناتج من المخلفات الزراعیة

صحصاح, السید محمود البیلى

doi:10.21608/mjae.2018.95547

تولید الکهرباء بواسطة الوقود الحیوى الناتج من المخلفات الزراعیة

نوع المستند : Original Article

المؤلف

السید محمود البیلى صحصاح

أستاذ مساعد بقسم الهندسة الزراعیة – کلیة الزراعة – جامعة کفرالشیخ - مصر

10.21608/mjae.2018.95547

المستخلص

تشکل المخلفات الزراعیة عباء کبیر على البیئة فى مصر و تتجه معظم دول العالم الى تصنیع تلک المخلفات و الأستفادة منها لأنتاج الطاقة البدیلة و تهدف هذه الدراسة الى امکانیة الأستفادة من نواتج المخلفات الزراعیة مثل انتاج البیوجاز و البیوایثانول کبدیل للوقود فى تولید الکهرباء التى یمکن توظیفها فى العدید من التطبیقات المختلفة فى الزراعة و غیرها من نواحى الحیاه. کما تهدف الدراسة أیضا الى قیاس و تحلیل غازات العادم والحد من انبعاثات اول و ثانى اکسید الکربون باستعمال الوقود الحیوى. و قد اجریت الدراسة بمعمل قسم الهندسة الزراعیة بکلیة الزراعة جامعة کفرالشیخ حیث تم انتاج البیوایثانول من مخلفات البطاطس فى دراسة سابقة من مخمر لأنتاج الببواثانول ، و قد استعمل فى هذه الدراسة ناتج البیواثانول بأضافته الى الجازولین بنسبتى خلط هما 20% (E20) و النسبة 50% (E50) و لقد اشتملت الدراسة ایضا على انتاج البیوجاز من مخلفات روث الحیوانات والمحاصیل الزراعیة ( قش الأرز المفروم) لأستخدامه فى أدارة المولد الکهربی حیث تم أنشاء مخمر تم وضعه داخل صوبة زجاجیة بقسم النبات الزراعى بکلیة الزراعة جامعة کفرالشیخ للحصول على ظروف مثلى لأنتاج البیوجاز. وتتکون وحدة انتاج البیوجاز من خزانین من البلاستک أسطوانى الشکل بسعة 1000 لتر و بأرتفاع 1م .

الخزان السفلى استعمل کمخمر بینما أستعمل الخزان العلوى بعد أزالة قمته لتجمیع غاز البیوجاز الناتج. کما تم عمل فتحة فى قاع خزان التجمیع بها صمام للتحکم فى استخدام الغاز الناتج. کما تم تدریج خزان التجمیع لمعرفه حجم الغاز المنتج یومیا و الذى یحتوى على المیثان و ثانى أکسید الکربون. أستخدام محلول هیدروکسید البوتاسیوم بترکیز 30 للتخلص من ثانى أکسید الکربون % قبل تطبیق البیوجاز لتشفیل المولد. کما تم تعدیل نسبة الکبس الى النسبة 8.2:1 عند استعمل البیوجاز، أیضا استعمل خزان وقود خارجى لبدأ أدارة المولد الکهربى بالجازولین ثم تغییر مسارالوقود بواسطة صمام ثلاثى لتشغیل المحرک بالبیوجاز. أیضا تم تسجیل أقصى فترة زمنیة خلال الیوم لتولید القدرة الکهربیة الناتجة من أستعمال البیوجاز المنتج یومیا. معاملات التجربة تضمنت المقارنة بین تشفیل تطبیق بدائل الوقود E20, E50 والبیوجاز بالجازولین عند مستویین لفتحة صمام الخانق ( فتحة کاملة و نصف فتحة لصمام الوقود) لکل من الوقود E20,E50

والجازولین بینما تم اختبار البیوجازعند فتحة کاملة لصمام الوقود حیث استخدم لذلک محرک مولد کهربائى طراز (Einhell 800S ) ألمانى الصنع قدرة 0.95 ک.وات کما استعمل جهاز تحلیل غازات العادم طرازBachrach Fylite Insight Plus® model 374 عند تطبیق کل من الجازولین رقم أوکتین 80 و الوقود الحیوى موضع الدراسة. أیضا أستخدمت طلمبة میاه قدرة 370 وات متصله بخزان للمیاه و منظم للضغط و مانومیتر لقیاس الضغط فى دائرة مغلقة بها خزان للمیاه سعة 20 لتر کحمل کهربی أثناء تشفیل المولد الکهربى ببدائل الوقود موضع الدراسة. و قد اجریت التجارب بتشغیل المولد الکهربى لمدة 5 دقائق عند کل نوع من أنواع الوقود حیث تم توصیل جهاز تحلیل العادم عند ماسورة العادم بمسافة 5 سم کما هو موصى و تم توصیل جهاز Multi-meter M346 بین المولد الکهربى و الحمل لقیاس القدرة و الطاقة الکهربیة الناتجة.
أهم النتائج المتحصل علیها: و قد تبین من النتائج أن أختبار الوقود الحیوى لکل من البیوایثانول E20 , E50 و البیوجاز یمکن استعماله کبدیل للوقود فى انتاج التیار الکهربى و الذى تم انتاجه أى الوقود الحیوى من المخلفات الزراعیة. کما أتضح أیضا أن القدرة الکهربیة الناتجة من أستعمال البیوجاز فى تشغیل المولد الکهربى کانت أقل مقارنة بالوقود البیوایثانول E20 , E50
و الجازولین80 ، حیث بلغت قیمة القدرة الکهربیة الناتجة 545 وات و 678 وات و 311.8 وات و 720 وات لکل من البیوایثانول E20, E50 والبیوجاز والجازولین على الترتیب. أیضا تنخفض القدرة و الطاقة الناتجة عند اضافة البیوایثانول الى الجازولین حیث أعطى الوقود الحیوى البیوایثانول E50أقل قیمه للقدرة و الطاقة الکهربیة المتولدة. و بمقارنة ننتائج تحلیل غازات العادم تبین أن أضافة البیوایثانول الى الجازولین أدى الى تخفیض قیم أنبعثات غازات العادم من أول و ثانى أکسید الکربون مقارنة بالجازولین حیث بلغت قیم CO و CO₂ و HC
و NO_x 554 ppm و 5.9 % و 3284 ppm و 46 ppm على الترتیب للوقود الحیوى البیوایثانول E50مقارنة بالقیم CO و CO₂ و HC و NO_x 1407 ppm و9.1 % و5122 ppm و 126 ppm للجازولین. کما تبین ایضا أن البیوجاز یقلل من أنبعثات غازات العادم.. مما سبق یتضح أنه یمکن أنتاج الکهرباء من الوقود الحیوى البیوایثانول E50وE20 دون تعدیل فى نسبة الکبس بینما البیوحاز و الذى تم أنتاجه من المخلفات الزراعیة یمکن استخدامه بعد تقلیل نسبة الکبس و یمکن أستخدام الوقود الحیوى للحد من تلوث البیئة وألأستفادة من المخلفات الزراعیة و الحد من أبعثات غازات العادم.

الموضوعات الرئيسية

هندسة القوى والآلات الزراعیة

المراجع

Baiju, B., M. K Naik, and L. M. Das. (2009). A comparative evaluation of compression ignition characteristics using methyl and ethyl esters of karanja oil. Renewable Energy 34(6): 1616-1621.

Can O., I. Celikten, and N.Usta, (2004) Effects of ethanol addition on performance and emissions of a turbocharged indirect injection diesel engine running at different injection pressures, Energy Conversion and Management 45 (15)-162429–2440.

Demirbas, A. (2005). Bioethanol from cellulosic materials: A renewable motor fuel from biomass. Energy Sources 27:327–337.

Demirbas, A. (2008A) Realistic Fuel Alternative for Diesel Engines, Springer, London.

Deublein, D., A. Steinhauser (2008) Biogas from Waste and Renewable Resources: An Introduction, Wiley-VCH.

Eyidogan, M. A.N. Ozsezen, M. Canakci, and A. Turkcan (2010) Impact of alcohol-gasoline fuel blends on the performance and combustion characteristics of an SI engine, Fuel 89(10) 2713–2720.

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) (2009) Biogas Basisdaten Deutschland – Stand: Oktober 2008. 7p. Very short but comprehensive overview of the biogas situation in Germany. http://www.fnr-server.de/ftp/pdf/literatur/pdf_185-basisdaten_biogas_2009.pdf

Farrell, A. E., (2006). Ethanol can contribute to energy and environmental goals. Science 311: 506-508.

Granda Cesar B., (2007) Sustainable liquid biofuels and their environmental impact. Environmental Progress 26: 233-250.

GTZ (2010): Agro-Industrial Biogas in Kenya – Potentials, Estimates for Tariffs, Policy and Business Recommendations. Study of Deutsches Biomasse Forschungs Zentrum (DBFZ) on behalf of GTZ, Renewable Energy Project Development Programme East Africa. 69 p. http://www.gtz.de/de/dokumente/gtz2009-en-biogas-assessment-kenya.pdf

IEA, International Energy Agency. 2009. Key World Energy Statistics 2009. Paris.

IEA. (1999). Automotive fuels for the future. The Search for Alternatives. Inter National Energy Agency.

Joenson, O., M. Persson, M. Seifert, (2007) European Experience of Upgrading Biogas to Vehicle Fuel and for Gas Grid Injection. In: Proceedings of 15^th European Biomass Conference & Exhibition, 2007 Berlin, Germany.

Kibert, C. J. (2008) Sustainable Construction: Green Building Design and Delivery, John Wiley & Sons.

Kim, S., and B. E. Dale (2005) Environmental aspects of ethanol derived from non-tilled corn grain: non-renewable energy consumption and greenhouse gas emissions. Biomass & Bioenergy 28: 475-489.

Kobayashi, H., H. Hagiwara, H. Kaneko, and Y. Ogami ( 2007) Effects of CO₂ Dilution on Turbulent Premixed Flames at High Pressure and High Temperature. Proceedings of the Combustion Institute, 31, 1451-1458.

Li L. X., X.Q.Qiao, L.Zhang, J. H.Fang, Z.Huang, and H. M.Xia, (2005) Combustion and emission characteristics of a two-stroke diesel engine operating on alcohol, Renewable Energy30(132075–2084.

Lee, K.; Kim, T.; Cha, H.; Song, S.; Chun, K. M. (2010) Generating efficiency and NOx emissions of a gas engine generator fueled with a biogas–hydrogen blend and using an exhaust gas recirculation system. International Journal of Hydrogen Energy, Oxford, v. 35, n. 11, p. 5723-5730,

Mabee, W. E. (2007). Policy Options to Support Biofuel Production. Pages 329-357. Biofuels.

Michaelides , E.E. (2012) Alternative Energy Sources, Springer, London, NewYork.

Pankhaniya Milan, A., Bharatsinh Chauhan, B and SavanRanpara, C.( 2011) Study performance and exhaust analysis of petrol engine using Methanol-Gasoline blends. Institute of Technology, Nirma University, Ahmed Abad-382 481. Available on www.nuicone.org.pdf

Sehsah, E.E. E.B. E.Belal, R.R.Abu shieshaa and A. Allawaty (2015) Bio-ethanol application as an alternative fuel in farm machine. Misr J. Ag. Eng. Vol. 13.No. (4) .3711-1290.

Solomon, B. D., (2007). Grain and cellulosic ethanol: History, economics, and energy policy. Biomass & Bioenergy 31: 416-425.

Sun Q., H.Li, J.Yan, L.Liu, Z. Yu and X. Yu, (2015) Selection of appropriate biogas upgrading technology–a review of biogas cleaning, upgrading and utilization. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Amsterdam, V. 51, p.521-532.

Yasar, A.; A. Ali, B. Tabinda and A. Tahir (2014) Waste to energy analysis of shakarganj sugar mills ; biogas production from the spent wash for electricity generation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Amsterdam, v. 43, n. 13, p. 126–132,.

Zhai H., H.C. Frey, N.M. Rouphail, G.A. Gonçalves and T.L. Farias (2007). “Fuel Consumption and Emissions Comparisons between Ethanol 85 and Gasoline Fuels for Flexible Fuel Vehicles,” Paper No. 2007-AWMA-444, Proceedings, 100th Annual Meeting of the Air & Waste Management Association, Pittsburgh, PA, June 26-28.