Використання біомаси для отримання енергії

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Біоенергетика

Людство може отримати достатню кількість електроенергії, не виробляючи її на ГЕС, АЕС чи ТЕС, що працюють на вугіллі, нафті, природному газі і горючих сланцях. Можна необхідну енергію отримувати, використовуючи альтернативні джерела енергії, наприклад вітрові, приливні, геотермальні, сонячні і хвильові електростанції або ТЕС, що працюють на біомасі.
Під альтернативною енергією розуміються біогаз, біодизель та інші вуглеводні, отримані в результаті переробки біомаси. Ресурси даних джерел колосальні, але обмежені. Альтернативна енергетика задовольнити потребу людства може тільки при економії енергії. Наприклад, в Індії уряд на федеральному і регіональному рівнях виділяє значні субсидії для реалізації програм з установки удосконалених печей. До кінця 2000 року в країні працювало 32,6 мільйона таких печей. Використання покращених печей врятувало від знищення понад 13 мільйонів тонн деревини на рік. А якщо удосконалити печі по всьому світу? Використання біомаси в енергетичних цілях дає великі перспективи: можна використовувати відходи сільського господарства (одержання біогазу в тваринництві, використання на ТЕС відходів рослинництва), а також отримувати паливо (вирощування енергетичних лісів).

Що можна зробити з біомаси?

Біогаз. Усього у світі в даний час використовується чи розробляється близько шістдесяти різновидів технологій отримання біогазу. Найбільш поширений метод - анаеробне зброджування в метатанках, або анаеробних колонах. Біомаса (екскременти сільськогосподарських тварин; солома та інші відходи рослинництва) зброджують в результаті життєдіяльності метанобактерій, в результаті чого утворюються біогаз і побічні продукти (вітамін В, добриво).
Потенціал: Росія щорічно накопичує до 300 мільйонів тонн у сухому еквіваленті органічних отходов.250 млн. т. у сільськогосподарському виробництві і 50 млн. т у вигляді побутового сміття. Ці відходи є сировиною для виробництва біогазу. Потенційний обсяг щорічно одержуваного біогазу може скласти 90 млрд. м3.

Біодизельне паливо

Біодизель - це екологічно чисте паливо для дизельних двигунів, одержуване шляхом хімічної обробки рослинного масла або тваринних жирів, яке може служити добавкою до дизельного палива або повністю замінювати його. Біодизель, як показали досліди, при попаданні у воду не завдає шкоди рослинам і тваринам. Крім того, він піддається практично повному біологічному розпаду: у грунті або у воді мікроорганізми за 28 днів переробляють 99 відсотків біодизеля, що дозволяє говорити про мінімізацію забруднення річок і озер. Виробництво біодизеля дозволяє ввести в оборот не використовувані сільськогосподарські землі, створити нові робочі місця в сільському господарстві, машинобудуванні, будівництві і т.д. Наприклад, в Росії з 1995 по 2005 рік посівні площі скоротилися на 25,06 мільйона гектарів.

Вирощування біомаси для синтезу палива

Для створення плантацій енергетичних лісів в помірній кліматичній зоні найбільш перспективні різновиди швидкозростаючих сортів тополі (волосістоплодного і канадського) і верби (кошикові та козячої), а в південній частині країни - акації та евкаліпта. Посадка енергетичних плантацій ведеться живцями або саджанцями квадратно-гніздовим способом або в шаховому порядку з різною шириною міжрядь (від 0,8 до 2 метрів). Для тополі щільність посадок зазвичай становить 3 5 тисяч примірників на 1 гектар, однак загальних рекомендацій поки не вироблено. Період ротації складає 6 7 років. Догляд за плантацією полягає в боронуванні міжрядь, внесення добрив і зрошенні в посушливі періоди. Плантації можуть бути монокультурним і комбінованими. Останні заслуговують особливої ​​уваги, оскільки сприяють диверсифікації посівів і посадок різних культур, що повинно підвищити стійкість до захворювань і шкідників, тим самим знижуючи потребу в отрутохімікатах. Крім того, подібні плантації раціональніше використовують надходить сонячну енергію для формування біомаси.
Принцип комбінованих посівів і посадок різних культур на одній ділянці добре відомий в тропіках, де так звані "городи" дають врожаї різних культур протягом кількох років поспіль без застосування добрив і отрутохімікатів. Різні варіанти комбінованих посівів і посадок різноманітних культур, включаючи енергетичні, вже випробувані в одному з графств Великобританії. У посадках використовують тополя і ячмінь в міжряддях, або тополя, ясен, вільху з соняшником і люпином в міжряддях, або з горохом польовим, ячменем, конюшиною, зеленими культурами і т.д. Приклад комбінованого використання енергетичних лісів відомий у Греції, де на плантаціях шовковиці вигодовують шовковичного хробака. Взимку річний приріст гілок обрізають і використовують як біомасу. На європейській території Росії, де до 80 відсотків електроенергії виробляється на ТЕЦ, багато з яких розташовані в лісових районах, безумовно, є можливості для створення плантацій енергетичних лісів або часткового використання місцевих лісових ресурсів (відходи заготівлі та переробки деревини).
Кількість енергії, яку можна отримати з енергетичною плантації при врожайності 15 тонн сухої біомаси з гектара на рік (теплотворна здатність 15 МДж / кг), становить 225 ГДж / га. При ККД газотурбінної електростанції 40 відсотків, один гектар енергетичної плантації може забезпечити екологічно чистим паливом виробництво 252 МВт-год електроенергії на рік. В даний час розглядаються різні схеми використання енергетичних лісів з короткими сівозмінами (як правило, пропонуються сівозміни з шестирічним циклом). При цьому енерговіддача (відношення кількості енергії, яку отримують від системи, до енергетичних витрат на її створення та експлуатацію, включаючи всі непрямі витрати) таких енергетичних плантацій коливається між трьома і чотирма, що виявляється цілком прийнятною величиною, якщо врахувати, що енерговіддача для теплових станцій , що працюють на вугіллі, становить чотири-п'ять одиниць.
Рослинна олія має велику теплотворну здатність (38 МДж). Крім того, рослинне масло можна переробити на біодизель. А от скільки масла можна одержати з гектара ріллі, засіяного олійними культурами?
Звичайно, використання харчових продуктів (у даному випадку рослинне масло) не є виходом з енергетичної проблеми. Але даний ресурс розглядати цілком доцільно.

Метод прямої конверсії біомаси в паливо

Нещодавно Джоржем Хубером і двома його студентами з університету штату Массачусетс був розроблений метод прямої конверсії біомаси в паливо. Вони опублікували в журналі ChemSusChem статтю з описом методу селективного каталітичного піролізу целюлози, результатом якого є утворення ароматичних сполук (нафталін, толуол, етилбензол та ін), серед побічних продуктів - твердий вуглецевий матеріал, СО, СО2 і вода.
Реакцію проводили при 600 C на цеолітної каталізаторі ZSM5. Процес завершувався всього за дві хвилини. Вихідним реагентом служив очищений порошок целюлози.
Уявлення про механізм процесу включають декілька елементарних реакцій - розкладання целюлози з утворенням органічних сполук, що містять кисень, потім реакції цих сполук усередині пір каталізатора, де відбувається дегидрирование, декарбонілірованіе, олігомеризація та інші хімічні перетворення.
Експерти високо оцінили нову роботу, хоча самі автори визнають, що це лише перший крок до ефективного перетворення біомаси в моторне паливо. Насамперед належить вивчити можливість використання сирої біомаси, а не порошку целюлози. Далі, основними продуктами піролізу є ароматичні сполуки, а їх, згідно з вимогами урядової організації США - Агентства з охорони навколишнього середовища - не повинно бути більше 25% в загальній масі бензину. Значить, доведеться обмежитися добавкою отриманої ароматики до алканів, або проводити додаткову реакцію гідрування.
Тим не менш, незважаючи на всі ці обмеження, процес д-ра Хубера приверне велику увагу колег і дасть поштовх до подальших досліджень в області екологічно чистої енергетики, що не приводить до зростання вмісту вуглекислого газу в атмосфері.

Вирощування і переробка водоростей

Спеціальна вирощування біомаси у вигляді мікроскопічних водоростей з подальшим її переброджування в спирт або метан дозволяє створити штучний аналог процесу утворення органічних палив, що перевершує за швидкістю природні процеси в мільйони разів. Співвідношення між величиною первинної біологічної продукції і речовиною, похованим і збереженим в морських опадах, складає 1000:1.
Створення спеціальних умов може багаторазово прискорити освіта палива. ККД фотосинтезу завдяки оптимізації живлення біогенними елементами, температурі і перемішуванню може бути збільшений від 1,1 до 10 відсотків. У процес переробки біомаси в газ і нафту може бути включене все речовина, а не 0,001 його частина, як відбувається в природі, тобто природний процес утворення вуглеводнів може бути значно інтенсифіковано. З цієї точки зору, великий інтерес викликає одноклітинна водорість ботріококкус, вміст вуглеводнів в якій досягає 80 відсотків від сухої ваги.
Вуглеводні локалізуються в основному на зовнішній поверхні клітин, і, отже, їх можна видаляти простим механічним способом або, наприклад, застосовуючи центрифуги, причому клітини при цьому не руйнуються і їх можна повертати назад у культиватор. Склад вуглеводнів, які продукуються ботріококкусом, дозволяє використовувати їх як джерело енергії або як сировину в нафтохімічній промисловості (безпосередньо або після неповного крекінгу). Після гідрокрекінгу на виході виходить 65 відсотків газоліну, 15 відсотків авіаційного палива, 3 відсотки залишкових масел.

Ціанобактерії та біопаливо

Учені з університету Техасу в Остіні навчили бактерії виробляти матеріал для палива. Вони змінили геном ціанобактерії, завдяки чому остання навчилася виробляти велику кількість целюлози, яке буде використано для отримання біопалива.
Вчені змінили геном ціанобактерій, додавши туди гени, що відповідають за продукцію целюлози, взяті від оцтових бактерій Acetobacter xylinume. У результаті модифіковані бактерії стали виробляти целюлозу у вигляді гелю, що дуже зручно, тому що її легше в такому вигляді розщеплювати на глюкозу і сахарозу - прості цукри, які є основним джерелом для отримання етанолу.
Фахівці висловили припущення, що за допомогою модифікованих бактерій набагато легше отримувати етанол, ніж, наприклад, з кукурудзи, буряків або цукрової тростини. Так як целюлоза, що отримується з цих рослин, знаходиться в кристалічній формі.
Що також важливо, на думку вчених, так це те, що ціанобактерії можна вирощувати на неорних землях і використовувати для поливу солону воду, яку не можна використовувати для пиття або поливу рослин.
Виходячи з продуктивності ціанобактерій в лабораторії, фахівці підрахували, що при однаковій кількості виробленого етанолу, площа полів з ціанобактеріями буде в два рази менше площі, засіяної рослинами, які використовуються як джерело целюлози
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
22.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Отримання моторних палив з газів газифікації рослинної біомаси
Особливості мислення і використання їх для отримання правдивих показань
Отримання розподіл і передача енергії
Способи отримання енергії з відходів
Нетрадиційні способи та джерела отримання енергії
Внутрішня структура протона і новий спосіб отримання енергії
Про деякі методи отримання теплової та електричної енергії
Виробництво та використання електричної енергії
Перспективи використання енергії сонця і вітру
© Усі права захищені
написати до нас