GR1010445B - Ενεργειακα αυτονομο φωτοβολταϊκο συστημα διαχειρισης και αξιοποιησης οικιακων - αστικων και μη - οργανικων αποβλητων προς δημιουργια βιοαεριου - Google Patents

Abstract

Δημιουργία νέου, σύγχρονου και ενεργειακά αυτόνομου φωτοβολταϊκού μηχανήματος αναερόβιας χώνευσης έτοιμο προς χρήση σε οικίες, βιοτεχνίες και εξωτερικούς χώρους με άμεση αξιοποίηση των οργανικών οικιακών, αστικών και μη αποβλήτων προς παραγωγή βιοαερίου (μεθανίου) και υπό-προϊόντος: χωνέματος (λιπάσματος) που επιστρέφει στο περιβάλλον έτοιμο προς αξιοποίηση. Θα καλύπτει προβλήματα ενέργειας σε περιοχές / οικίες που βρίσκονται μακριά από το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας (και υποανάπτυκτες χώρες κ.λπ.) καθώς δύναται να μεταφέρεται (λόγω μεγέθους και ενεργειακής αυτάρκειας) σε χώρους camping ή/και σε άγονες περιοχές ώστε οι άνθρωποι να έχουν ανά πάσα στιγμή φυσικό αέριο από οργανικά απόβλητα (σκουπίδια και υποπροϊόντα). Τέλος, «παντρεύει» κατά την υλοποίηση του τις φωτοβολταϊκές διατάξεις και τη βιομάζα, δύο σημαντικότατες εναλλακτικές πηγές ενέργειας προς μεγιστοποίηση της παραγωγής και της αξιοποίησης της ενέργειας ενώ είναι σύμφωνο με το πρωτόκολλο του Κιότο.

Description

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ: «Ενεργειακά αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα διαχείρισης & αξιοποίησης οικιακων - αστικών και μη - οργανικών αποβλήτων προς δημιουργία βιοαερίου»

Κατασκευή μηχανήματος αναερόβιας χώνευσης (νούμερο στα σχήματα: 1), εξωτερικών διαστάσεων 50 cm X 90 cm X 90 cm (το μέγεθος όλου του συστήματος είναι ενδεικτικό, δεν είναι περιοριστικό και δύναται να μεταβάλλεται ανάλογα με τις ανάγκες της αγοράς), στο οποίο θα εκχύνονται οργανικά (οικιακά - αστικά και μη) απόβλητα προς δημιουργία βιοαερίου (μεθανίου) κατάλληλου για χρήση μαγειρέματος, καύσης μέσω μιας εξόδου του βιοαερίου από το μηχάνημα (σχάρα ελευθέρωσης/καύσης του βιοαερίου). Το μηχάνημα αυτό περιλαμβάνει ένα βασικό εσωτερικό ανοξείδωτο θάλαμο, θάλαμο υποδοχής (νούμερο στα σχήματα 2), χωρητικότητας 40 Lt όπου τελείται η διαδικασία της αναερόβιας χώνευσης των οργανικών αποβλήτων με τη βοήθεια μικροοργανισμών -βακτηριδίων που προσθέτονται από το χειριστή του μηχανήματος (δίδονται από την κατασκευάστρια εταιρεία). Στόχος του μηχανήματος η παραγωγή βιοαερίου (μεθανίου) ως προϊόν, παράλληλα παράγεται και χώνεμα (λίπασμα) ως υπό-προϊόν έτοιμο προς χρήση στο έδαφος (κήπος, φυτά κ.λ.π.) το οποίο και απομακρύνεται από την έξοδο χωνέματος φτιαγμένη από ανθρακώνυμα (νούμερο στα σχήματα 10). Εσωτερικά στο μηχάνημα υπάρχουν ακόμη δύο θάλαμοι -φιάλες (νούμερα στα σχήματα 3 και 4 αντίστοιχα) στους οποίους διαδοχικά περνά με σωλήνες μίας κατεύθυνσης και αποθηκεύεται το παραγόμενο βιοαέριο μέχρις ότου ελευθερώνεται ελεγχόμενα προς χρήση από την έξοδο βιοαερίου- σχάρα ελευθέρωσης - καύσης βιοαερίου (νούμερο στα σχήματα 8). Η τροφοδοσία και οι μικροοργανισμοί - βακτήρια (σε μορφή χαπιών) εισάγονται στο σύστημα από την επάνω πλευρά του μηχανήματος, από ένα χωνί - είσοδος τροφοδοσίας (νούμερο στα σχήματα: 7) και κομματιάζεται μέσα από ένα πολτοποιητή (νούμερο στα σχήματα: 9) ώστε όταν τελικά φτάσει στον θάλαμο υποδοχής (νούμερο 2) που τελείται η διαδικασία να έχει μεγιστοποιηθεί η ειδική επιφάνεια. Ανάμεσα στον χωνί και τον πολτοποιητή υπάρχει ένα καπάκι - διαχωριστικό συστήματος-περιβάλλοντος, ώστε να αποφεύγεται η είσοδος αέρα στο σύστημα (νούμερο: 20). Το μηχάνημα είναι ενεργειακά αυτόνομο καθώς εξωτερικά είναι «ντυμένο» (σε 3 πλευρές, μπροστινή και 2 πλαϊνές πλευρές) με φωτοβολταϊκά πανέλα (νούμερα: 5α, 5β και 5 γ) και εσωτερικά περιέχει μία μπαταρία (νούμερο: 12) ώστε η παραγόμενη ενέργεια να μπορεί να υποστηρίξει:

. Έναν αναδευτήρα (νούμερο 11) που βρίσκεται μέσα στον εσωτερικό θάλαμο υποδοχής (νούμερο 2), · Μία οθόνη (νούμερο 6) τοποθετημένη σε κεντρικό εξωτερικό σημείο, στην επάνω πλευρά του μηχανήματος. Η οθόνη στόχο έχει την προβολή της ένδειξης των αισθητήρων πίεσης, θερμοκρασίας και pH των αισθητήρων που υπάρχουν σε όλα τα σημεία του μηχανήματος. Αυτό γίνεται δυνατό με τη χρήση ενός μικροελεγκτή Arduino (νούμερο μέσα στα σχήματα: 13) στον οποίο καταλήγουν οι πληροφορίες θερμοκρασίας, πίεσης και pH και από τους 3 εσωτερικούς θαλάμους αλλά και η ένδειξη από τους αισθητήρες διαρροής αερίου. Υπογραμμίζεται ότι το σύστημα μπορεί να αξιοποιήσει μέσω κινητού εφαρμογή καί wifi ώστε ο χρήσης/χειριστής να μπορεί να λαμβάνει τις πληροφορίες/ενδείξεις του συστήματος καί από απόσταση.

. Στον θάλαμο υποδοχής είναι προσαρμοσμένο ένα μανόμετρο (νούμερο στα σχήματα 14), ένα θερμόμετρο (νούμερο: 15) καί ένα πεχάμετρο (νούμερο: 16). Επίσης στον α θάλαμο αποθήκευσης αερίου (α φιάλη) είναι προσαρμοσμένο ένα μανόμετρο (νούμερο 17) καί στον β θάλαμο αποθήκευσης αερίου (β φιάλη) είναι προσαρμοσμένο ένα ακόμη μανόμετρο (νούμερο 18).

. Ένα σύστημα (νούμερο: 19) αισθητήρων - ανιχνευτών διαρροής αερίων (CH4, CO2, HS κλπ) που βρίσκεται μέσα στο κεντρικό κουτί - κύριο θάλαμο (νούμερο: 1).

. Αυτοματοποιημένη απομάκρυνση ποσότητας χωνέματος, μέσω ενός σωλήνα με στόμιο ανθρακωνήματος (νούμερο 10) , ανά τακτά χρονικά διαστήματα ώστε να ελευθερώνεται χώρος από την ήδη αποικοδομημένη ποσότητα για να εισάγεται νέα τροφοδοσία.

Αν και μηχανήματα αναερόβιας χώνευσης ήδη υπάρχουν, αυτά χρησιμοποιούνται χωρίς το αέριο να αποθηκεύεται με ασφάλεια για χρήση αυτού σε ειδικούς θαλάμους και σταδιακή απελευθέρωση αυτού σύμφωνα με το πρωτόκολλο του Κιότο. Επίσης αν και υπάρχουν διάφορες συσκευές/σακούλες/συστήματα στις οποίες τοποθετούνται οργανικά απόβλητα, δεν υπάρχει σταδιακή και διακριτή διαδικασία αναερόβιας χώνευσης με αποτέλεσμα η ποσότητα και ποιότητα παραγόμενου βιοαερίου να καθίσταται αμφίβολη. Τέλος, το είδος της τροφοδοσίας που συνήθως τοποθετείται σε υπάρχοντα συστήματα γίνεται με πολύ συγκεκριμένη περιεκτικότητα (υγρών και στερεών) και με πολύ συγκεκριμένο και καθορισμένο είδος τροφοδοσίας κάθε φορά, χωρίς να υπάρχει η ευχέρεια και η ευελιξία να χρησιμοποιείται ταυτόχρονα πλήθος διαφορετικών οργανικών αποβλήτων. Ως αποτέλεσμα, οι μεμονωμένες κατασκευές παραγωγής βιοαερίου από οργανικά απόβλητα που υπάρχουν είναι μη τελειοποιημένες, βρίσκονται ακόμη σε πρώιμα στάδια έχοντας μεγάλες απώλειες βιοαερίου και αποφέρουν μικρή απόδοση (ποιότητα και ποσότητα βάσει της πρώτης ύλης) και αν και τελικά υπάρχουν στο εμπόριο καθίστανται μη χρηστικές για το ευρύ κοινό.

Η εν λόγω κατασκευή συνδυάζει την παραγωγή βιοαερίου ποικίλης ποσότητας και διαφορετικής πρώτης ύλης ταυτόχρονα και χρήση φωτοβολταϊκών διατάξεων και μπαταριών προς δημιουργία ενός αυτόνομου συστήματος ικανού να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε. Έτσι κατασκευάζεται ένα αυτόνομο σύστημα, εύκολο στη χρήση αλλά καίμε ευελιξία στη μεταφορά καιτην τοποθέτηση από χώρο σε χώρο, εντός εσωτερικού χώρου αλλά και εξωτερικού χώρου. Οι μικρές διαστάσεις, (τύπου ντουλαπιού), του προσδίδουν τη δυνατότητα μεταφοράς και οι αισθητήρες ανίχνευσης διαρροής αερίου εξασφαλίζουν την ασφαλή χρήση του μηχανήματος σε εσωτερικούς χώρους. Παράλληλα, καθώς η ποσότητα του παραγόμενου αερίου δύναται να επηρεαστεί αφού ουσίες τύπου: ζάχαρη, ζαχαροκάλαμο, αγριοαγκινάρα κλπ επιφέρουν κατακόρυφη αύξηση της παραγωγής μεθανίου μπορεί ο εκάστοτε χειριστής του μηχανήματος να επηρεάσει κατά βούληση την απόδοση του συστήματος (ποσοτικά καί ποιοτικά). Επιπρόσθετα, καθίσταται δυνατή η μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας σε οικίες και βιοτεχνίες, γίνονται αξιοποιήσιμα τα οργανικά (αστικά) απόβλητα και επιπλέον δημιουργείται λίπασμα έτοιμο προς χρήση σε αυλές και φυτά. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχουν τα παρακάτω ισχυρά ανταγωνιστικά οφέλη:

. μικρό μέγεθος ώστε να είναι το μηχάνημα πρακτικό, σε σχέση με τους ήδη υπάρχοντες πιλοτικούς αντιδραστήρες ή /και τους βιομηχανικούς αντιδραστήρες που κατασκευάζονται σε μέγεθος δωματίου, . υψηλές αποδόσεις παραγωγής βιοαερίου καθώς υπάρχουν πλήθος υλικών τροφοδοσίας και ευελιξία στο μέγεθος των κομματιών της τροφοδοσίας

· ο χειριστής μπορεί να επέμβει στη διαδικασία εάν δει την απόδοση να πέφτει, τροφοδοτώντας το σύστημα με πρώτες ύλες (όπως το ζαχαροκάλαμο) και να αυξήσει άμεσα την παραγωγή βιοαερίου . ενεργειακή αυτονομία λόγω των φωτοβολταϊκών που θα αγκαλιάζουν εξωτερικά το μηχάνημα . πολύ χαμηλό τελικό κόστος κατασκευής άρα και διάθεσης του μηχανήματος καθώς τα υλικά κατασκευής έχουν μελετηθεί και στοχευμένα καταλήγουν σε τελικό προϊόν μεγάλης αντοχής και χαμηλού κόστους.

. λύση στην αυξημένη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας (πχ χρήση στο μαγείρεμα),

. δημιουργία βιο-λιπάσματος και

. μείωση των σκουπιδιών που καταλήγουν στις χωματερές.

Η διαδικασία είναι αυτοματοποιημένη. Αρχικά, ο χειριστής (κάτοχος μηχανήματος) εκχύνει την τροφοδοσία μέσα από χωνί (2 υποθαλάμων ώστε να ελαχιστοποιείται η πιθανότητα εισαγωγής αέρα στο σύστημα) στον πολτοποιητή και ακολούθως η διαδικασία λαμβάνει χώρα αυτόματα. Ήτοι, ρίχνοντας υπολείμματα τροφών μέσα στο χωνί και περιστρέφοντας το χωνί ώστε οι ουσίες να εισέλθουν από έναν πρώτο χώρο σε ένα δεύτερο (χωρίς οξυγόνο), αυτά περνούν από πολτοποιητή (extruder) ώστε να αυξηθεί κατά το μέγιστο η ειδική επιφάνεια της τροφοδοσίας. Έπειτα, τα υπολείμματα αυτά περνούν στον θάλαμο υποδοχής όπου με τη βοήθεια μικροοργανισμών (έτοιμα χάπια βακτηριδίων - προβιοτικά), οι μεγάλες οργανικές αλυσίδες αποικοδομούνται σε όλο και μικρότερες μέχρις ότου δημιουργηθεί μεθάνιο (CH4). Καθώς η παραγωγή μεθανίου αυξάνεται, το ίδιο το αέριο λόγω διαφοράς πίεσης απομονώνεται ελεγχόμενα αρχικά στον α θάλαμο διατήρησης/αποθήκευσης του βιοαερίου (α φιάλη - νούμερο: 3) και έπειτα στον δεύτερο θάλαμο (β φιάλη - νούμερο: 4) έως ότου ο χειριστής ανοίξει την έξοδο προς χρήση του αερίου ( κλπ). Όταν ο θάλαμος φτάνει στη μέγιστη πίεση αντοχής της φιάλης η διαδικασία τροφοδοσίας διακόπτεται αυτόματα. Αυτό συμβαίνει διότι το μανόμετρο (νούμερο 3) της α φιάλης (νούμερο 3) μεταφέρει την πληροφορία στον μικροελεγκτή Arduino (νούμερο 13) και ο μικροελεγκτής απομονώνει τον θάλαμο υποδοχής (νούμερο 2) από την α φιάλη (νούμερο 3). Κάθε στάδιο της διαδικασίας ελέγχεται ως προς τις παραμέτρους πίεσης, θερμοκρασίας καί pH καί το μηχάνημα είναι σύννομο με τους Νόμους καί τα Κανονιστικά Πλαίσια- Πρωτόκολλα της Ευρωπαϊκής Ενωσης.

Με τις βέλτιστες διαστάσεις δοχείων (χωρητικότητα) αλλά καί με τα πιο σύγχρονα υλικά κατασκευής των εσωτερικών δοχείων και τα υπόλοιπα κατασκευαστικά υλικά (σωληνάκια μίας κατεύθυνσης, σταθερούς υποδοχείς των σωλήνων και αισθητήρες) δημιουργείται μία ασφαλής, λειτουργική και αποδοτική κατασκευή πολύ αυξημένης αντοχής.

Ενδεικτικότερα, ο θάλαμος υποδοχής (νούμερο 2) είναι ανοξείδωτος και αυτό γιατί εισέρχονται σε αυτόν πολύ διαφορετικές ουσίες και οργανικά αστικά απόβλητα.

Σε κάθε θάλαμο/φιάλη το μανόμετρο ελέγχει να μην ξεπερνάει η πίεση την τιμή 3 atm και η διαδικασία σταματάει αυτόματα όταν φτάνουμε κοντά σε επιτρεπτό όριο. Ήτοι μέσω εφαρμογής το στόμιο του μηχανήματος μπλοκάρει ώστε ο χειριστής να μην δύναται να προσθέσει άλλη τροφοδοσία και ο χειριστής ειδοποιείται από την οθόνη του μηχανήματος αλλά και μέσω πλατφόρμας στο ίντερνετ για την πορεία της διαδικασίας.

Επίσης στον θάλαμο υποδοχής (νούμερο 2) υπάρχει πεχάμετρο καθώς υπάρχει βέλτιστο εύρος pH στο οποίο ζουν οι μικροοργανισμοί που θα χρησιμοποιηθούν (6,50 - 8,50) και στο οποίο αποικοδομούν την πρώτη ύλη που εισάγουμε. Εάν η υγρή φάση ξεπεράσειτα επιτρεπτά όρια αυτόματα ενημερώνεται ο χειριστής μέσω της οθόνης αλλά και μέσω πλατφόρμας στο διαδίκτυο ώστε να εκχύσει εντός του θαλάμου ρυθμιστικό διάλυμα και να επαναφέρει το pH (το ρυθμιστικό διάλυμα, είναι ακύνδινο και παρέχεται από την κατασκευάστρια εταιρεία).

Τέλος, υπάρχει ανιχνευτής θερμοκρασίας (θερμόμετρο) για να ελέγχεται η θερμοκρασία του εσωτερικού θαλάμου.

Ο τρόπος ανάδευσης είναι αυτοματοποιημένος και σταθερός στην πορεία του χρόνου και ρυθμίζεται μέσω του μικροελεγκτή Arduino.

Αυτόματος επίσης θα είναι ο τρόπος που το σύστημα θα απομακρύνει ποσότητα του χωνέματος όταν αυτό έχει αποικοδομηθεί.

Εν κατακλείδι, η όλη διαδικασία αποκτά πρότυπες συνθήκες και αυτοματοποιείται σε κάθε στάδιο και σε όλα τα επίπεδα και το τελικό προϊόν θα είναι έτοιμο να διατεθεί για τις ανθρώπινες ανάγκες σε μαζικό επίπεδο.

Συνοδευτικός πίνακας:

Claims (9)

ΑΞΙΩΣΕΙΣ

1) Κεντρική εξωτερική διάταξη (νούμερο στα οχήματα 1) που φιλοξενεί όλο το σύστημα και 3 εσωτερικοί θάλαμοι. Ήτοι: θάλαμος υποδοχής οποίος είναι ανοξείδωτος (νούμερο στα σχήματα: 2) και 2 θάλαμοι (φιάλες) διατήρησης/αποθήκευσης του αερίου (νούμερα στα σχήματα: 2 για την α φιάλη και 3 για την β φιάλη διατήρησης/αποθήκευσης του αερίου).

2) Χωνί υποδοχής τροφοδοσίας (νούμερο στα σχήματα: 7), καπάκι ερμητικού διαχωρισμού του συστήματος από το εξωτερικό περιβάλλον (νούμερο στα σχήματα: 20) & πολτοποιητής τροφοδοσίας (νούμερο στα σχήματα: 9), συμφώνως στην αξίωση 1 χαρακτηριζόμενα εκ του ότι, στην υποδοχή του μηχανήματος οι ουσίες που εισάγονται στο σύστημα μετατρέπονται σε κατάλληλο μέγεθος (μεγάλη ειδική επιφάνεια) και ταυτόχρονα εξασφαλίζεται η αποφυγή μόλυνσης του συστήματος από τον αέρα.

3) Οθόνη ένδειξης τιμών των αισθητήρων (θερμοκρασίας, πίεσης, pH, διαρροής αερίων, κλπ) (νούμερο: 6), μικροελεγκτή Arduino (νούμερο 13) και κατάλληλο λογισμικό που υποστηρίζει Wifi και τρεις αισθητήρες πίεσης (ένας για κάθε εσωτερικό θάλαμο - με νούμερα στα σχέδιο 14, 17 και 18 αντίστοιχα), αισθητήρας θερμοκρασίας (νούμερο 15) και πεχάμετρο (νούμερο 16), συμφώνως στην αξίωση 1 χαρακτηριζόμενα εκ του ότι, συνδέονται μεταξύ τους για να υποστηρίζεται ο ηλεκτρολογικός και ο φυσικοχημικός έλεγχος όλων των παραμέτρων (πίεσης, θερμοκρασίας και pH, η σωστή λειτουργία της μπαταρίας και η εύρυθμη λειτουργία και απόδοση φωτοβολταϊκών διατάξεων που βρίσκονται εξωτερικά του μηχανήματος.

4) Σχάρα ελευθέρωσης/καύσης του βιοαερίου (νούμερο 8) και σωλήνες μίας κατεύθυνσης, συμφώνως στην αξίωση 1 χαρακτηριζόμενες εκ του ότι θα μεταφέρουν το αέριο από τον θάλαμο υποδοχής (νούμερο 2) στην α φιάλη (νούμερο 3) και από εκεί στην β φιάλη (νούμερο 4) και από εκεί στην σχάρα ελευθέρωσης/καύσης του βιοαερίου με ασφάλεια

5) Φωτοβολταϊκά πανέλα (νούμερα 5α, 5β και 5γ), συμφώνως στην αξίωση 1 χαρακτηριζόμενα εκ του ότι θα τοποθετηθούν σε 3 πλευρές περιμετρικά της εξωτερικής διάταξης και θα συλλέγουν ηλιακή ενέργεια και μπαταρία (νούμερο 12) ικανή να καλύψει το σύστημα.

6) Εσωτερικός αναδευτήρας (νούμερο 11), συμφώνως στην αξίωση 1 χαρακτηριζόμενος εκ του ότι, το μίγμα στο θάλαμο υποδοχής (νούμερο 2) πρέπει να παραμένει ομογενοποιημένο.

7) Δοχείο -σωλήνας απορροής χωνέματος (νούμερο 10), συμφώνως στην αξίωση 1 χαρακτηριζόμενος εκ του ότι, θα είναι φτιαγμένος από ανθρακόνημα και θα έχει ιδιότητες: υψηλής στιβαρότητας και αντοχής σε θραύση και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής.

8) Σύστημα αισθητήρων - ανιχνευτών διαρροής αερίου(νούμερο 19), συμφώνως στην αξίωση 1 χαρακτηριζόμενο εκ του ότι πρέπει να υπάρχει ο πλήρης έλεγχος για τυχόν διαρροή αερίου για την ασφάλεια του χειριστή.

9) το μέγεθος όλου του συστήματος (μηχανήμα δύναται να μεταβάλλεται ανάλογα με τις ανάγκες τ τος) είναι ενδεικτικό, δεν είναι περιοριστικό καί ης αγοράς