Биоэнергетические установки. Биомасса, как постоянно возобновляемый источник топлива. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Биомасса - термин, объединяющий все органические вещества растительного и животного происхождения. Биомасса делится на первичную (растения, животные, микроорганизмы и т.д.) и вторичную - отходы при переработке первичной биомассы и продукты жизнедеятельности человека и животных. В свою очередь отходы также делятся на первичные - отходы при переработке первичной биомассы (солома, ботва, опилки, щепа, спиртовая барда и т.д.) и вторичные - продукты физиологического обмена животных и человека.

Ежегодное количество органических отходов по разным отраслям народного хозяйства России составляет более 390 млн. т. Сельскохозяйственное производство дает 250 млн. т, из них 150 млн. т приходится на животноводство и птицеводство, 100 млн. т - на растениеводство. Лесо- и деревопереработка дают 700 млн. т, твердые бытовые отходы городов - 60 млн. т, коммунальных стоков - 10 млн. т (все приведенные значения даются на абсолютно сухое вещество).

Энергия, запасенная в первичной и вторичной биомассе может конвертироваться в технически удобные виды топлива или энергии несколькими путями.

1. Получение растительных углеводородов (растительные масла, высокомолекулярные жирные кислоты и их эфиры, предельные и непредельные углеводороды и т.д.). Например, для южных регионов России это может быть рапсовое масло, добавляемое к дизельному топливу.
2. Термохимическая конверсия биомассы (твердой, до 60%) в топливо: прямое сжигание, пиролиз, газификация, сжижение, фестпиролиз.
3. Биотехнологическая конверсия биомассы (при влажности от 75% и выше) в топливо: низкоатомные спирты, жирные кислоты, биогаз.

На современном этапе экономического развития России в соответствии с Государственной научно-технической программой "Экологически чистая энергетика" возобновляемая энергетика развивается по двум последним направлениям.

Термохимическая конверсия биомассы

Наиболее активно ведется разработка и создание оборудования для газификации твердой биомассы с целью создания автономных тепло- и электростанций, работающих на генераторном газе.

На базе таких газогенераторов могут создаваться автономные, не зависящие от централизованного энергоснабжения установки или станции для тепло- и электроснабжения потребителей в любых регионах страны, имеющих сырье и лишенных энергоснабжения. К этим регионам прежде всего относятся районы Сибири, Крайнего Севера, а также большинство сельских районов, располагающих отходами лесопроизводства (опилки, кора, щепа, хлысты, пни) и растениеводства (солома любая, стебли подсолнечника, кукурузы и т. д.).

Биотехнологическая конверсия биомассы

При биотехнологической конверсии, как правило, используется биомасса и прежде всего разнообразные органические отходы с влажностью не менее 75%.

Биологическая конверсия биомассы в топливо и энергию развивается по двум основным направлениям:

1. ферментация с получением этанола, низших жирных кислот, углеводородов, липидов - это направление давно и успешно используется на практике;
2. получение биогаза.

В настоящее время получение биогаза связано прежде всего с переработкой и утилизацией отходов животноводства, птицеводства, растениеводства, пищевой, спиртовой промышленности, коммунально-бытовых стоков и осадков.

По разрабатываемой технологии, основные этапы которой проверены в производственных условиях, жидкий помет предварительно обрабатывается коагулянтами-флокулянтами для флокуляции основ - ной массы органических веществ. Последние удаляются центрифугами-сепараторами производительностью 25 и 50 м3/ч. Получаемая паста влажностью 70% подвергается термическому компостированию с получением органических удобрений (33-35 т/сут). Жидкая фракция с влажностью 99% сбраживается в метантенках "второго поколения" с закрепленной микрофлорой со временем удерживания 5 сут. Расчетный выход биогаза 2500 мз/сут с теплотой сгорания 23-25 тыс. кДж/м3 (при нормальных условиях). Сброженная масса (360-370 м3) доочищается в системе прудов с площадью зеркала 20 га. При такой технологии объем капитальных вложений уменьшится в 5-6 раз. Площадь зеркала прудов и изъятие под них земель сократятся в 6 раз. Серьезная проработка потребуется при создании метантенка "второго поколения" и подборе носителей-подложек для закрепления микрофлоры.

Создание многоукладного сельскохозяйственного производства в России и появление новых собственников в лице фермеров и самостоятельных крестьян потребовало разработки, создания и освоения производства биогазовых систем небольшой мощности и простых в эксплуатации.

В естественных условиях разрушение любых видов биомассы, и в том числе навоза животных, происходит в почвенном гумусе путем разложения на элементарные соединения под действием разлагающих организмов, грибов, бактерий. Для этого процесса предпочтительны сырость, тепло и отсутствие света. На конечной стадии процесса полное разложение происходит под действием множества бактерий, классифицируемых либо как аэробные, либо как анаэробные. Аэробные бактерии развиваются преимущественно в присутствии кислорода, с их участием углерод биомассы окисляется до СО₂. В замкнутых объемах с недостаточным поступлением кислорода из внешней среды развиваются анаэробные бактерии, также существующие за счет разложения углеводов.

В конечном итоге за счет их деятельности углерод делится между полностью окисленным СО₂ и полностью восстановленным СН₄. Питательные вещества, такие как растворимые соединения азота, сохраняются в качестве удобрений почвенного гумуса. Совершаемые микроорганизмами реакции разложения биомассы также относятся к процессам ферментации, однако, для процессов, идущих в анаэробных условиях, чаще предпочитают термин "брожение" ("сбраживание").

Биогаз - смесь СН₄ и СО₂, образующаяся в специальных устройствах - биогазогенераторах (рис. 5.1), устроенных и управляемых таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение метана (в литературе для этих устройств еще можно встретить название "метантэнк"). Энергия, получаемая при сжигании биогаза, может достигать от 60 до 90% исходной, которой обладает сухой исходный материал. Однако газ получают из жидкой массы, содержащей 95% воды, так что на практике выход достаточно трудно определить. Другое и, по-видимому, очень важное достоинство процесса то, что в его отходах содержится значительно меньше болезнетворных организмов, чем в исходном материале. Правда, отметим, что не все паразиты и патогенные микроорганизмы погибают в процессе анаэробного сбраживания.

Получение биогаза становится экономически оправданным и предпочтительным, когда соответствующий биогазогенератор работает на переработке существующего потока отходов. Примерами подобных потоков могут служить стоки канализационных систем, свиноферм, скотобоен и т. п. Экономичность в этом случае связана с тем, что нет нужды в предварительном сборе отходов, в организации и управлении процессом их подачи. Известно, сколько и когда поступит отходов, и остается лишь переработать их в биогаз и удобрения.

Рис.5.1. Разновидности биогазогенераторов (нажмите для увеличения): 1 - ввод материала; 2 - газопровод; 3 - съемная крышка; 4 - вывод переработанного материала; 5 - разделительная стенка; 6 - ферментатор; 7 - газ; 8 - приемник; 9 - клапан; 10 - мешалка; 11 - стекло; 12 - емкость для продуктов переработки; 13 - газогенератор; 14 - подача газа; 15 - горелка; 16 - теплообменник; 17 - водяной газгольдер

Получение биогаза возможно в установках самых разных масштабов. Оно особенно эффективно на агропромышленных комплексах, где целесообразно добиваться реализации полного экологического цикла. В таких комплексах навоз подвергают анаэробному сбраживанию с последующей аэробной обработкой в открытых бассейнах. Биогаз используют для освещения, приведения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов, для обогрева. В бассейнах можно выращивать водоросли, идущие на корм скоту. После аэробной ферментации полностью обработанные отходы, до того как быть использованными в качестве удобрений, могут подаваться в рыбные садки и пруды для разведения водоплавающей птицы.

Успех реализации подобных схем прямо зависит от качества системной проработки всего проекта, степени стандартизации конструкций, регулярности обслуживания.

Автор: Магомедов А.М.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Маргарин повышает риск старческого слабоумия 13.06.2025

Деменция, или старческое слабоумие, остается одной из самых серьезных и необратимых проблем современного здравоохранения. Несмотря на прогресс в медицине, эффективных методов лечения пока нет, поэтому особое внимание уделяется выявлению факторов риска и мерам профилактики. Среди них важную роль играют привычки питания, которые могут как снизить, так и повысить вероятность развития нейродегенеративных заболеваний. Одним из спорных продуктов, вызывающих все больше опасений, является маргарин - популярная замена сливочному маслу. Несмотря на свою распространенность, маргарин подвергается интенсивной химической обработке. По мнению Дэвида Винера, специалиста по фитнесу и здоровому образу жизни, работающего с приложением Freeletics на базе искусственного интеллекта, именно содержащийся в маргарине диацетил способен вызывать слипание белка бета-амилоида, который играет ключевую роль в патогенезе деменции и болезни Альцгеймера. Винер утверждает, что этот компонент не только способствует аг ...>>

Контактные линзы с инфракрасным зрением 13.06.2025

Инфракрасный свет представляет собой часть электромагнитного спектра с длиной волны более 700 нанометров - это волны, которые находятся за пределами видимого человеческому глазу диапазона. Благодаря своим свойствам инфракрасный свет широко используется в различных технологиях, от ночного видения до тепловизоров. Однако человеческий глаз не имеет способности воспринимать эти длинноволновые излучения, поэтому для наблюдения инфракрасного света до сих пор требовались громоздкие приборы, такие как ночные очки или камеры с инфракрасными детекторами. Это ограничивало их применение в повседневной жизни и профессиональной деятельности. Недавно команда ученых из Университета науки и технологий Китая под руководством нейроученого Тяня Сюэ разработала инновационные контактные линзы с наночастицами, способными преобразовывать инфракрасный свет в видимый. Этот процесс называется "восходящим преобразованием" (upconversion) - наноматериалы внутри линз меняют длинные инфракрасные волны на короткие ...>>

Ультратонкие водородные мембраны 12.06.2025

Водородные технологии приобретают все большее значение в глобальном переходе к экологически чистой энергетике. Одним из ключевых элементов таких систем являются мембраны, через которые происходит транспорт ионов в топливных элементах. Недавние разработки норвежской исследовательской лаборатории SINTEF открывают новые горизонты в этой области, предлагая ультратонкие мембраны, которые не только повышают эффективность, но и уменьшают затраты и вредное воздействие на окружающую среду. Новая мембрана, представленная специалистами SINTEF, имеет толщину всего 10 микрометров, что составляет примерно две трети от стандартной толщины в 15 микрометров. В пресс-релизе лаборатории описывается, что такой тонкий материал кажется сопоставимым с легчайшим листом бумаги формата А4, который при этом прочнее и тоньше многих аналогов. Этот значительный шаг вперед позволит существенно сократить себестоимость производства топливных элементов - примерно на 20%. При этом снижение толщины мембраны никак н ...>>

Случайная новость из Архива Определен новый белок, контролирующий красный цвет клубники 12.05.2023 Исследовательская группа из Университета Кордовы описала новый транскрипционный фактор, регулирующий при созревании клубники выработку антоцианов, ответственных за придание им красного оттенка. Клубника - это фрукт, который выделяется своим цветом, ароматом, вкусом и текстурой. Эти аспекты, известные как органолептические свойства, определяющие их качество и преимущества потенциальных потребителей, а также насекомых, рассеивающих семена, способствуя дальнейшему росту будущих растений, проявляются в процессе созревания клубники. Исследовательская группа по биотехнологии и фармакогнозии растений в Университете Кордовы под руководством Хуана Муньоса Бланка на протяжении нескольких лет изучала генетическое регулирование созревания клубники и теперь сделала еще один шаг в своем понимании этого ключевого процесса, обнаружив новый белок, участвующий в контроле образования красного цвета плода. Он известен как белок фактора транскрипции (FaMYB123), отвечающий за активацию или угнетение экспрессии других генов. Этот фактор транскрипции в основном отвечает за производство антоцианов, пигментов, которые в случае клубники придают им характерный красный цвет. Чтобы проверить это, они создали трансгенное растение клубники, в котором они угнетали экспрессию фактора транскрипции FaMYB123, и они увидели, что количество антоцианов было подавлено в этих трансгенных растениях больше, чем по сравнению с нормальными фруктами. То есть, без описанного фактора транскрипции клубники не обнаруживает весь свой красный цвет. Однако это не делается одним белком, поскольку факторы транскрипции работают не изолированно, а скорее в комбинации. В этом случае исследовательская группа обнаружила, что FaMYB123 связан с другим ранее известным фактором (FabHLH3), также связанным с пигментацией клубники. Взаимодействие между ними способствует увеличению производства антоцианов во время их созревания. Короче говоря, исследование дает новые знания о контроле созревания клубники. Pнание того, какая часть головоломки контролирует каждую часть процесса созревания - в этом случае красный цвет - позволяет нам генетически манипулировать им или использовать его как инструмент в процессе созревания. Селекционные программы, в которых разные сорта сочетаются для создания новых.

Другие интересные новости:

▪ Процессоры с двойным ядром

▪ Топливо из виски

▪ Перемещение объектов звуком

▪ Исламский телефон

▪ Уран из океана

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Меры предупреждения производственного травматизма. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Как и почему Ариадна помогла Тесею победить Минотавра? Подробный ответ

▪ статья Способы и средства обнаружения тайников. Шпионские штучки

▪ статья Выпрямитель-стабилизатор для мотоцикла YAMAHA XV 400. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ. Климатические условия и нагрузки. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025