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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Через 40 лет Арктика лишится льда 12.09.2012 Размеры ледяного покрова Арктики достигли минимума. Это может вызвать серьезные изменения окружающей среды - не только на северном полюсе, но и далеко за его пределами. По словам Луи Фортье (Университет Лаваля, Квебек, Канада) ледяному покрову Северного Ледовитого океана свойственны сезонные изменения объема, при этом резкие изменения климата здесь отражаются гораздо сильнее, чем в любой другой точке планеты. Наблюдения, сделанные в течение прошлой недели, говорят о том, что ситуация в 2012 году хуже, чем в 2007, когда летняя оттепель впервые за всю историю наблюдений полностью открыла Северо-Западный проход. Ежедневный отчет Национального центра обработки данных по льду и снегу США (US National Snow and Ice Data Center, NSIDC) показал, что ледяной покров уменьшился до 4,1 млн км2. Это на 70 тыс. км2 меньше, чем минимум, зарегистрированный в 2007 г. Уменьшение ледяного покрова Арктики приведет к повышению температуры поверхностных вод и большим выбросам тепла в атмосферу. Эта тепловая энергия порождает циклоны, которые своими гигантскими волнами могут еще сильнее разрушать ледяной покров. Не меньше беспокоит ученых и изменение толщины льда. В 1979-2000 гг. средний объем арктических льдов в сентябре составлял 12000 км3. В этом году - менее 3000 км3. "Другими словами, - говорит Фортье, - мы сейчас на пути к тому, чтобы Северный Ледовитый океан оставался летом совсем без льда, причем 3/4 уже пройдено. Очевидно, что это может иметь серьезные климатические, геополитические и экономические последствия". 5 августа в пределы Полярного круга вошел циклон. Как говорит Зянгдонг Жанг (Университет Фэйрбэнкса, штат Аляска), раньше такое было редкостью, но сейчас подобные циклоны становятся более частыми, сильными и длительными. Изменения не ограничатся Полярным кругом. Разница между полярными и тропическими температурами влияет на большинство природных процессов Земли. К примеру, на воздушные потоки, течения в океанах, уровень влажности в разных уголках планеты. По последним прогнозам, Арктика будет оставаться без льда на все лето уже к 2050 г., что повлечет за собой самые значительные климатические изменения в истории человечества.

Другие интересные новости:

▪ Электроэнергия из снега

▪ Возрастные изменения в продолжительности сна

▪ Сонливость - причина агрессии

▪ Infineon начал производство NAND-памяти емкостью 512 Мбит

▪ Лень - признак высокого IQ

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Прошивки. Подборка статей

▪ статья Лови момент! Крылатое выражение

▪ статья Где живет большинство тигров? Подробный ответ

▪ статья Задвижной штык. Советы туристу

▪ статья Газоразрядное освещение - от аккумулятора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вариант регулируемого стабилизатора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026