Біомаса є одним з найдавнішніх джерел енергії, однак її
використання до недавнього часу зводилося до прямого спалювання при відкритому
вогні або в печах і топках з відносно низьким ккд. Під біомасою розуміються
органічні речовини, які утворюються в рослинах в результаті фотосинтезу і
можуть бути використані для отримання енергії, включаючи всі види рослинності,
рослинні відходи сільського господарства, деревообробної та інших видів
промисловості. У більш широкому розумінні до біомаси відносять також побутові й
промислові відходи не завжди рослинного походження, але для яких характерні
однакові принципи їх утилізації.
Використання біомаси для отримання енергії на основі
сучасних технологій є екологічно значно більш безпечним в порівнянні з
енергетичним використанням традиційних органічних ресурсів, таких як вугілля.
Потенціальні ресурси рослинної біомаси, які можуть бути
використані в якості джерела енергії, досягають 100 млрд. т у. п. У теперішній
час у світовому енергобалансі рослинна біомаса (в основному дрова) не перевищує
1 млрд. т у. п. (біля 12%).
З використанням сучасних технологій частка біомаси в
світовому енергобалансі може значно зрости.
Біомаса грає суттєву роль в енергобалансах промислово
розвинених країн: у США її частка складає 4%, в Данії – 6%, в Канаді – 7%, в
Австрії – 14%, в Швеції – 16% загального споживання первинних енергоресурсів
цих країн.
У світі в 2004 р. встановлена потужність електростанцій на
біомасі склала 39 млн. кВт.
У плані використання біомасу можна розділити на дві основні
групи: первинна біомаса і вторинна. Джерелом первинної біомаси є наземний і
водний рослинний світ, вторинної – відходи біомаси, що утворюються після
збирання і перероблення первинної біомаси в товарну продукцію, і відходи,
обумовлені життєдіяльністю тварин і людей.
Згідно з цим біоенергетика забезпечує отримання енергії
шляхом використання біомаси, включаючи:
·
продукти лісу у вигляді відходів
лісозаготівель і лісопереробки;
·
сільськогосподарські відходи, які
підрозділяються на рослинні відходи сільськогосподарських культур (солома
злакових культур, стеблі кукурудзи, соняшника тощо) і тваринні відходи (гній і
гнійні стоки тощо);
·
водну рослинну біомасу (водорості,
макрофіти тощо);
·
промислові й міські відходи (тверді
побутові відходи, відстої міських і промислових стічних вод тощо), утилізація
яких дозволяє вирішувати важливі екологічні та соціальні проблеми.
Найбільш ефективними технологіями використання біомаси в
біоенергетиці є пряме спалювання; піроліз; газифікація; анаеробна ферментація з
утворенням метану; виробництво спиртів і масел для отримання моторного палива.
Технології використання біомаси постійно вдосконалюються,
забезпечуючи отримання енергії в придатній для споживача формі й з максимально
можливою ефективністю.
У загальному випадку енергія з органічних відходів
отримується або фізичними, або хімічними чи мікробіологічними методами.
Фізичним методом енергію отримують шляхом спалювання
органічних відходів.
Основою хімічного метода є використання процесів піролізу і
газифікації.
Найрозповсюдженішим у світі є мікробіологічний метод
безвідходного виробництва – отримання біогазу анаеробним зброджуванням. Дуже
цінним продуктом виробництва біогазу є отримання високоякісних органічних
добрив.
Пряме спалювання біомаси в атмосфері повітря або кисню –
один з найбільш старих методів отримання теплової енергії. Однак існує ряд
проблем при його практичному використанні, головною з них є досягнення найбільш
повного згоряння палива, в результаті якого утворюються діоксин вуглецю і вода,
що не завдає шкоди довкіллю. До технічних пристроїв, які використовуються для
прямого спалювання біомаси, відносяться печі, топки, камери згоряння. Біомаса
може використовуватися шляхом прямого спалювання в енергетичних установках у
факелі, киплячому або ущільненому шарі з подальшим отриманням теплової і
електричної енергії. Основна промислова технологія цього напряму – пряме
спалювання в котлі й генерація електроенергії в паротурбінній установці.
Піроліз біомаси – хімічне перетворення одних органічних
сполук в інші під дією теплоти або так звана суха перегонка без доступу
окислювачів (кисню, повітря). Розроблений ряд технологічних процесів піролізу
біомаси, експлуатаційні умови кожного з них визначаються природою сировини,
методами переробки і заданими продуктами виробництва. Характеристика продуктів
піролізу залежить від типу сировини і умов проведення процесу. Основними
продуктами піролізу можуть бути вуглиста речовина, паливна рідина, паливні
гази, причому часто технологічний процес орієнтований на переважне отримання
одного з продуктів піролізу.
Газифікація біомаси – це перетворення твердих відходів
біомаси в горючі гази шляхом неповного їх окислення повітрям (киснем, водяною
парою) при високій температурі. Газифікувати можна практично будьяке паливо, в
результаті чого отримують генераторні гази, які мають значний діапазон
використання – як паливо для отримання теплової енергії в побуті та різних
процесах промисловості, в двигунах внутрішнього згоряння, як сировина для
отримання водню, аміаку, метилового спирту і синтетичного рідкого палива. Не
дивлячись на значні різновиди способів газифікації, всі вони характеризуються
одними і тими ж реакціями.
Газифікатори мають різну продуктивність з різним виходом
енергії в паливному газі. Низькокалорійний газ може бути отриманий газифікацією
різних видів біомаси – органічних компонентів твердих міських відходів, відходів
лісу, сільськогосподарських відходів.
Ефективним є використання установок газифікації біомаси на
газотурбінних і парогазових електростанціях.
Анаеробна ферментація біомаси. У процесі анаеробної
ферментації складні органічні речовини розкладаються на СО2 і СН4
з утворенням біогазу у вигляді суміші вуглекислого газу і метану, причому на
частку метану може припадати до 70%. Технологічний процес анаеробного
зброджування біомаси відбувається без надходження кисню в спеціальних
реакторах-метантенках, конструкція яких забезпечує максимальне виділення
метану. Особливо важливим в процесі анаеробного зброджування є створення
оптимальних технологічних умов в реакторіметантенку: температури, надходження
кисню, достатньої концентрації живильних речовин, допустимого значення рН,
відсутності або низької концентрації токсичних речовин.
Найбільш ефективними вважаються біореактори, що працюють в
термофільному режимі 43–62°С. На таких установках з триденною ферментацією гною
вихід біогазу складає 4,5 л на кожний літр корисного об’єму реактора.
Сучасні біогазові анаеробні установки складаються з таких
основних систем:
• системи підготовки і подачі сировини в біореактор;
• біореактора (метантенка) із системою підтримання
постійної температури та іншими комплектуючими пристроями;
• системи зберігання і використання біогазу;
• системи вивантаження і транспортування шламу.
Використання біогазу забезпечує можливість отримання
теплової і електричної енергії, що є особливо привабливим для фермерських
господарств. При масовому розповсюдженню біогазових технологій в сільських
регіонах можна досягнути значної економії органічного палива.
Становить інтерес вирощування і використання в метантенках
водяної рослинної біомаси для отримання біогазу. Однією з найбільш продуктивних
водоростей є бура водорость макроцистис, розповсюджена в прибережній зоні морів
і океанів, врожайність якої складає 450–1200 т сирої маси є 1 га. З кожної
тонни широко відомої хлорели можна отримати 22 кДж енергії. Високою врожайністю
характеризуються морські водорості дуналіела, водяний гіацинт, червона
водорость тощо.
Існує гібридна енергосистема «Біосоляр» – ТЕЦ, яка є
замкненою для всіх біогенних елементів, окрім вуглецю, що спалюється.
Система «Біосоляр» являє собою комплекс з культивації
мікроводоростей, з яких виділяються харчові й кормові добавки, а інше є одним з
елементів наповнення метантенків. Для культивації мікроводоростей необхідний СО2,
який подається до них після очищення в результаті спалювання біогазу в котлах
ТЕЦ.
Для отримання біогазу використовуються також відходи
тваринництва і рослинності. У схемі передбачене додаткове джерело у вигляді
природного газу, який використовується в разі необхідності в зимовий період при
відсутності рослинної біомаси.
Вирощування та
використання сировини насіння рапсу, кукрудзи, сої приводить на світову арену
нове пальне – біодизель, яке є безпечним для навколишнього середовища.
У п'ятірку найбільших виробників рапсу входять Європейський
союз, Китай, Канад , Індія і Україна. Ріпак - важлива олійна рослина, значення
якої для людини сильно зросло до кінця XX століття, коли він почав
використовуватися для отримання біопалива.
Застосовуючи правильні технології, можна отримувати до семи
з половиною мільйонів тонн насіння ріпаку - з них можна виробити до трьох
мільйонівнасіння ріпакутонн палива - саме стільки необхідно, щоб забезпечити
річні потреби вітчизняного агропрому без будь-якої економії. З 1 тонни насіння
ріпаку отримують понад 250 кг масла і 550 кг шроту, що містить близько 40%
білка, що має велике кормове значення.
Іншим
джерелом біомаси є звалища сміття. Потенціальні можливості отримання біогазу зі
звалищ можуть складати 1,6 млн. т у. п. Сировиною, з якої можна отримати
біогаз, можуть бути практично всі відходи, до складу яких входять органічні
компоненти
Комментариев нет:
Отправить комментарий