Doktorsvörn í efnaverkfræði - Sahar Safarianbana

Vörninni verður streymt

Doktorsefni: Sahar Safarianbana

Heiti ritgerðar: Hermun lítils gösunarkerfis sem nýtir lífrænan úrgang til orkuframleiðslu (Simulation of a Small Scale Biowaste Gasification System for Energy Production)

Andmælendur: Dr. Mehrdad Boroushaki, dósent við Orkuverkfræðideild Sharif-tækniháskólans í Íran
Dr. Wan Azlina Wan Ab Karim Ghani, dósent við Efna- og umhverfisverkfræðideild Putra Malaysia háskólans í Malasíu

Leiðbeinendur: Dr. Rúnar Unnþórsson, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands
Dr. Christiaan Petrus Richter, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Jukka Heinonen, prófessor við Umhverfis- og byggingarverkfræðideild Háskóla Íslands

Doktorsvörn stýrir: Dr. Helmut Neukirchen, prófessor og varadeildarforseti Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideildar Háskóla Íslands

Ágrip

Fjölmörgum sorpbrennslum á Íslandi var lokað 2011/2012 vegna dioxin/furanmengunar sem greindist í jarðvegi ásamt kjöt- og mjólkurafurðum. Í dag hefur engin hagkvæm og umhverfisvæn lausn komið í stað sorpbrennslanna. Vegna þessa er óhemju mikið af rusli flutt á hverju ári með ruslabílum langar leiðir eftir þjóðvegum landsins (til dæmis frá Vestmannaeyjum til Reykjavíkur eða jafnvel til Blönduóss) til urðunar eða brennslu. Markmið þessa doktorsverkefnis var að taka fyrstu skrefin í að aðlaga græna sjálfbæra lausn fyrir förgun lífræns úrgangs á Íslandi. Lausnin sem rannsökuð var í verkefninu nefnist gösun. Gösunarkerfi eru sjálfbær úrgangs-til-orku kerfi sem auk þess að umbreyta úrgangi í lífeldsneyti lágmarka losun mengandi efna. Helstu áskoranir við gösun lífræns úrgangs á Íslandi eru magn- og stærðartakmarkanir, samsetning lífræna úrgangsins og rekstrarstillingar búnaðarins. Við útfærslu á litlum gösunareiningum þarf að huga að bæði rekstrarhagkvæmni og að viðhalda kostum gösunartækninnar fram yfir brennslu og urðun t.a m., minni loft- og grunnvatnsmengun.
Til þess að takast á við þessar áskoranir var útbúið ASPEN Plus líkan af litlu gösunarkerfi með samþættu raforkuvinnslukerfi og það hermt. Líkanið hjálpar til við að skilja við hvaða aðstæður og hvernig reka má kerfið. Kerfislíkanið var notað til að greina og meta kerfið út frá bæði tækni-hagfræðilegum og umhverfislegum sjónarhornum til að geta lagt fram ráðleggingar um hvernig aðlaga megi sjálfbært úrgangs-til-orku kerfi að aðstæðum á Íslandi.
Framlag þessa doktorsverkefnis til fræðasviðsins er aukin þekking á hermun smærri gösunarkerfa – ásamt mati á frammistöðu kerfanna og rekstrarbreyta þeirra – í samfélögum sem hafa svipaðar áskoranir í úrgangsmálum. Niðurstöðurnar benda til þess að raforkuframleiðsla með gösun lífræns úrgangs gæti verið fýsilegur, umhverfislegur og efnahagslega ásættanlegur valkostur í stað brennslu og urðunar lífræns úrgangs á Íslandi. Af þeim úrgangi sem var rannsakaður kom timbur og timburúrgangur best út þegar litið til ákveðinna þátta. Framleiðsla á 1 kWst með gasgervingu timburs hefur hnatthlýnunarmátt uppá 0,07 kg koltvísýringsígildi, súrnunarmátt uppá 0,09 kg brennisteinsdíoxíðígildi og ofauðgismátt uppá 0,36 kg nítratígildi. Niðurstöður tækni-hagfræðilegs mats sýna að hreint núvirði er jákvætt fyrir gösunarkerfi sem hefur getu til að framleiða yfir 45 kW. Núvirtur endurgreiðslutími gösunarkerfa með afkastagetu yfir 75 kW verður undir tveimur árum og fyrir kerfi með afkastagetu yfir 200 kW verður tíminn undir sex mánuðum.
Þess er einnig vert að geta að með samþættri varma- og raforkuvinnslu (CHP) – í stað einungis raforkuvinnslu – þá er hægt að stytta núvirta endurgreiðslutímann enn frekar (þ.e. á köldum svæðum þar sem ekki er aðgangur að ódýru hitaveituvatni) og þar með verður gösun enn álitlegri kostur en sýnt er í þessari ritgerð.

Um doktorsefnið

Sahar Safarianbana er fædd 1987. Hún útskrifaðist með BS-gráðu í efnaverkfræði frá Ferdowsi-háskólanum í Íran 2005 og MS-gráðu í orkukerfisverkfræði frá Sharif-tækniháskólanum, sem er leiðandi í Íran á því sviði. Meistaranámið í orkukerfisverkfræði er þverfaglegt nám þar sem verkfræði, tölvulíkanagerð og hagfræði er fléttað saman. Sahar hóf doktorsnám sitt við Háskóla Íslands í desember 2017.
Ritgerð hennar snýr að líkanagerð á gösun lífræns úrgangs til orkuframleiðslu og notkun líkana til að framkvæma samanburðargreiningu á frammistöðu, tækni-hagfræðilega greiningu og mat á umhverfisáhrifum.
Samhliða doktorsverkefni sínu vann Sahar að gerð líkana fyrir sjálfbæra birgðakeðju ýmissa tegunda lífeldsneytis, þróun hermilíkana fyrir orkuframleiðslu (afl, hita og lífetanól) með lífrænum úrgangi og að gerð sjálfbærnimats á notkun lífúrgangs til orkuframleiðslu fyrir afskekkt svæði. Sahar hefur einnig unnið að fjölmörgum öðrum orkutengdum verkefnum t.a.m., á sviði gasflutnings, sólarorku, vetnisframleiðslu, tækni til umbreytingu orku, orku í byggingum o.fl.