Концепція біоенергетики

Термін біоенергетика, також відомий як біомаса, означає в широкому розумінні всі живі маси на Землі. Загальне значення сьогодні - енергоефективні культури, посіви, побічні продукти, рослинні та тваринні відходи. Важливість біомаси полягає в тому, що вона може замінити викопне паливо, забезпечуючи таким чином стале використання енергії (сталий розвиток). Оскільки ці біомаси є відновлюваними джерелами енергії, якщо вони належним чином оброблені, тобто вони регенеруються протягом короткого життєвого циклу, вони можуть заощадити видобуті енергетичні ресурси (вугілля, природний газ, нафту). Таким чином, заощаджене викопне паливо не збільшує забруднення повітря та збільшує вміст CO2 (парниковий ефект, глобальне потепління).

енергія

Історія біомаси

До цього дня історія палива по суті була історією біопалива. Окрім джерел, вугілля, що знаходиться на узбережжях і вугільних пластах, до 17 століття біомаса була єдиним джерелом тепла за межами Сонця. У цей час спалювання тваринного та рослинного масла та жирових свічок відігравало головну роль у освітленні.
Найбільш рання біоенергетика виникла завдяки потужності тягливих тварин і використовується донині, причому найбільша частка в країнах, що розвиваються, де вона найбільше доступна в невеликих фермах, 80-90% в Африці та Азії.
Якщо припустити, що кожна тварина працює 8 годин на день, 100 днів на рік, загальне виробництво енергії, 90 TWH або 320 PJ/рік, - це лише невелика частка енергії, що виробляється безпосередньо рослинами.

Загальні потреби в енергії Непалу та Ефіопії майже повністю забезпечуються за рахунок біомаси. 75% виробляється з біомаси в Кенії, 50% в Індії та 25% в Бразилії. З населенням майже 4 мільярдів у країнах, що розвиваються, щороку використовується більше 3Gt (сушеної на повітрі) біомаси. У випадку з промислово розвиненими країнами використання біопалива не є незначним, середній показник на душу населення становить 1/3 т/рік, що означає 3% споживання первинної енергії.

Дослідження використання відновлюваних джерел енергії розпочалися наприкінці 1970-х років після другого вибуху ціни на енергію. Розроблені сучасні широкомасштабні системи спалювання біомаси широко поширені в сільськогосподарському виробництві, місцевій промисловій та комунальній сферах кожної країни. Однак розвиток більш досконалих і дорогих технологій зупинився, оскільки ціни на енергію стабілізувались на низькому рівні на міжнародному ринку. Однак протягом останніх десятиліть розвиток технологій відновлюваної енергії знову вийшов на перший план через зростаючі екологічні проблеми у всьому світі. Ще однією причиною розвитку на перший план стала мета використання відведеної землі в Західній Європі та утримання сільського населення на місці. В даний час європейські сільськогосподарські сектори використовують приблизно 1,7 мільйона тонн відновлюваних джерел енергії, більша частина з яких становить 1,2 мільйона тонн дров та лісового господарства та побічних продуктів деревини, а також 0,3 мільйона тонн соломи прямого випалу.

За деякими джерелами, десяту частину території ЄС можна використовувати для виробництва біомаси в енергетичних цілях. Це дорівнює приблизно 80 мільйонам тонн на рік, що забезпечить 20% поточних потреб регіону в електроенергії. В Європі використання деревини для енергетичних цілей зростає із середньорічним рівнем 2,3%.

Вони згруповані за використанням

Горюча біомаса: Горючі біомаси зазвичай мають відносно низький вміст вологи (див. Сушку) і відповідно високу теплотворну здатність. Важливою вимогою до горючої біомаси є те, що їх негорюча зольність складається з хімічних компонентів, які не руйнують котельне обладнання або плавляться на нагрівальних поверхнях і не викликають значного забруднення повітря. Найбільш типовими видами спаленої біомаси є: тріска для дров (вироблена з лісових м'яких або твердих деревних лісів, з відходів лісопильних підприємств або енергетичних плантацій хвойних порід (наприклад, тополя), тирса (побічний продукт тирси), солома, енергетична трава та.

Біомаса, що газується: біогазуюча біомаса, як правило, складається з рослинних відходів або тваринних відходів з більшим вмістом вологи. Наприклад: рослини, що містять цукор, відходи зелених рослин, шлам стічних вод тварин, гній. Газифікація біомаси може також відбуватися в газифікаційному котлі, де генераторний газ отримується під час недосконалого горіння. Щодо біомаси, яка може бути використана для цієї мети, див. „Горюча біомаса“.

Біомаса для використання як автомобільне паливо. Ці біомаси поділяються на дві основні групи за типом заміненого палива:
Для бензину (див. Біоетанол): рослини з високим вмістом цукру (цукровий буряк, цукровий очерет), високим вмістом крохмалю (кукурудза, картопля, пшениця) або високим вмістом целюлози (солома, деревина, очерет, енергетична трава), з яких складається етанол може бути виготовлений.
У випадку з дизелем (див. Біодизель): олійні заводи, з яких можна видобувати олію, і після простих хімічних обробок можна отримати речовину, схожу на дизельну олію (наприклад, ріпак, оливки, соняшник тощо)

Гранули

Біогаз

Біогаз є продуктом розкладання органічної речовини бактеріями в анаеробних умовах. Містить близько 45-70% метану (CH4), 30-55% вуглекислого газу (CO2), азоту (N2), водню (H2), сірководню (H2S) та інших залишкових газів (наприклад, метилмеркаптан (CH3SH)).

Біоетанол

Біоетанол - це моторне паливо, яке замінює або додає бензин і отримується з використанням біовідновлюваних джерел енергії (рослин). Біоетанол отримують ферментацією із зернових культур та/або з високим вмістом цукру (цукровий буряк, цукровий очерет). Але не виключається і використання сировини, яка може бути перетворена на цукор за допомогою хіміко-біологічних процесів. Сюди входять рослини, що містять крохмаль або целюлозні речовини, такі як картопля, кукурудза, пшениця, солома, злаки, деревина, трави або відходи виробництва або переробки харчової сировини.

Процес (це короткий процес дистиляції) дуже схожий на спосіб виготовлення алкогольних напоїв. Процес виготовлення включає такі основні процеси: підготовка сировини, різання, а потім руйнування клітинних стінок волокон. Останнього можна досягти варінням під високим тиском та приготуванням на пару. Все це для того, щоб подальші фізичні, хіміко-біологічні реакції могли відбуватися на якнайбільшій поверхні. Далі йде оцукрювання, також відоме як гідроліз, фрагментація вуглеводневих ланцюгів, перетворення в глюкозу, а потім ферментація дріжджами.

Отриманий таким чином рідкий матеріал має відносно високий вміст води приблизно Затор, який також містить тверді залишки із вмістом спирту 10-18%. 95-99% чистого спирту отримують із затору багатоступеневою дистиляцією та молекулярним ситом після видалення твердих залишків.

Біодизель

Біодизель - це метиловий ефір, вироблений з ненасичених жирних кислот. Його сировиною можуть бути рослинні олії: ріпакова, соняшникова, соєва та деякі сорти пальм. Через кліматичні умови ріпак та соняшник можна вирощувати в Європі. - тваринні жири та відпрацьовані олії для промисловості та домогосподарств.

Отриману таким чином рідину на основі складного ефіру можна використовувати як біопаливо, як замінник викопного палива, або змішувати з ним як замінник. Його використання вигідніше сирої нафти, утворення якої є результатом мільйонів років, оскільки сировина біодизеля є результатом відносно швидких біологічних та хімічних процесів.

Однак використання біодизеля також має недоліки: двигуни повинні бути перероблені, споживання двигуна збільшується. Порівняно з дизелем, в'язкість палива висока, що може спричинити проблеми із запуском у зимові місяці, у холодніших умовах - це важко стандартизувати, а використання каталізатора окислення важко. І останнє, але не менш важливе: він видає «неприємний» запах («фритюрниця»).

Однак т. Зв. Ці недоліки можна порівняно легко подолати переетерифікацією, при якій ріпакова (або соняшникова) олія (тригліцерид) реагує з метанолом у лужному середовищі, отримуючи метиловий ефір ріпакової (або соняшникової) олії (RME) та гліцерин.