Биогаз Ксения биогаз. Биогаз альтернативное топливо будущего
 Скачать 6.4 Mb.
|
|
БИОГАЗ - АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО БУДУЩЕГО В настоящее время около 80% первичной энергии, полученной с помощью ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ),производится и потребляется ежегодно более чем шестью миллиардами людей. По прогнозам потребления первичной энергии от возобновляемых источников природных ископаемых, в течение ближайших нескольких лет ожидается увеличение потребления более чем на 50% по сравнению с началом тысячелетия, с почти пропорциональным увеличением ежегодных выбросов углекислого газа, который, как известно, вызывает парниковый эффект. Поэтому выгодно иметь доступ к надежным источникам энергии, наличие которых по доступным ценам не связано ни с физическими, ни с экономическими факторами. В свете этих соображений, эксплуатация возобновляемых источников энергии может занять лидирующее место, как экономически, так и с экологической точки зрения. Биогаз — это общее название горючей газовой смеси, получаемой при разложении органических субстанций в результате анаэробного биологического процесса и состоящей из: 65 % метана, 30 % двуокиси углерода, 1 % сероводорода и незначительных примесей азота, кислорода, водорода и угарного газа. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии: 16,8 м3 природного газа; 20,8 л нефти; 18,4 л дизельного топлива. Экологически чистую энергию можно получать различными способами: путем преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных коллекторов, из микробного этанола, а также из биогаза. В основе получения биогаза лежит процесс метанового брожения, или биометаногенез — процесс превращения биомассы в энергию. Биометаногенез — сложный микробиологический процесс, в котором органическое вещество разлагается до диоксида углерода и метана в анаэробных условиях. Микробиологическому анаэробному разложению поддаются практически все соединения природного происхождения, а также значительная часть ксенобиотиков органической природы. В анаэробном процессе биометаногенеза выделяют три последовательные стадии, в которых участвуют свыше 190 различных микроорганизмов. На первой стадии – гидролизной – под влиянием экстрацеллюлярных ферментов ферментативному гидролизу подвергаются сложные многоуглеродные соединения — белки, липиды и полисахариды. На второй стадии (ацидогенез) в процессе ферментации участвуют две группы микроорганизмов: ацетогенные и гомоацетатные. Ацетогенные Н2-продуцирующие микроорганизмы ферментируют моносахариды, спирты и органические кислоты с образованием Н2, СО2, низших жирных кислот. Гомоацетатные микроорганизмы усваивают Н2 и С02, а также некоторые одноуглеродные соединения через стадию образования ацетил-CoA и превращения его в низкомолекулярные кислоты. На заключительной третьей стадии – метаногенез – анаэробного разложения отходов образуется метан: 4Н2 + СO2 СН4 + 2Н2O ЗН2 + СО СН4 + Н2O 2Н2O + 4СО СН4 + ЗСO2 4НСООН СН4 + ЗСO2 + 2Н2O 4СН3ОН ЗСН4 + СO2 + 2Н2O CH3COOH СН4 + СO2 Для того чтобы получить биогаз, понадобится специальное устройство - биогазовая установка: В зависимости от температуры протекания процесса метановые бактерии разделяют на мезо- и термофильные. Оптимальная температура для мезофильных бактерий от 30 до 40 °С, а для термофильных от 50 до 60 °С. В целом термофильный процесс метаногенеза идет интенсивнее мезофильного, притом в этих условиях анаэробной переработки отходов субстрат обеззараживается от патогенной микрофлоры и гельминтов. При анаэробной переработке отходов животноводческих ферм микрофлора метантенков (анаэробных ферментеров) формируется преимущественно из микрофлоры желудочно-кишечного тракта данного вида животных и микрофлоры окружающей среды. РАЗНОВИДНОСТИ МЕТАНОВЫХ БАКТЕРИЙ Ряд микроорганизмов способны синтезировать ацетат из СО2 в термофильных условиях, к их числу принадлежат Clostridium formicoaceticum, Acetobacterium woodii, метановые бактерии из родов Methanothrix, Methanosarcina, Methanococcus, Methanogenium и Methanospirillum. Первую стадию разрушения сложных органических полимеров осуществляют бактерии из родов Clostridium, Bacteroides, Ruminococcus, Butyrivibro Бактерии второй, или ацетогенной, фазы, относятся к родам Syntrophobacter, Syntrophomonas и Desulfovibrio. СУБСТРАТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА Для получения биогаза можно использовать отходы сельского хозяйства, испорченные продукты, стоки крахмалперерабатываюших предприятий, жидкие отходы сахарных заводов, бытовые отходы, сточные воды городов и спиртовых заводов. В настоящее время для производства биогаза чаще используют вторичные отходы (отходы животноводства и сточные воды городов), чем первичные (отходы зерноводства, полеводства, хлопководства, пищевой, легкой, микробиологической, лесной и других отраслей), обладающие сравнительно низкой реакционной способностью и нуждающиеся в предварительной обработке Выход биогаза из разных видов субстратов Травяная часть растительных культур – силос. Безусловными лидерами в этой группе являются смесь стеблей и початков кукурузы и силос зерновых – при их переработке выделяется 451,3 куб. м. и 214,1 куб. м. газа соответственно. Корнеплоды, овощи либо зерновые культуры (семена). Особенно эффективная переработка рапса (644,5 куб. м.) и картофельного крахмала (605,6 куб. м). Получение биогаза из водорослей в будущем может составить достойную конкуренцию переработке отходов производства. Уже сейчас существуют технологии, позволяющие осуществлять этот процесс. Жир, масло – абсолютные «чемпионы» по количеству выделяющегося газа (800-1200 куб.м). При переработке отходов животноводства, птицеводства и пищевой промышленности также образуются большие объемы биотоплива (до 700 куб.м). ПРЕИМУЩЕСТВА И ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Преимущества: Экологически чистый источник энергии; Доступность; Богатая, самопополняющаяся сырьевая база; Мусор – высокоэффективные удобрения Недостатки: Парниковый газы (в малом количестве); Негативное воздействие на растительный покров; Стоимость установки Современное состояние проблем и перспектив в области получения биогаза свидетельствует о том, что анаэробная конверсия органических отходов в метан — наиболее конкурентоспособная область биоэнергетики. Основное преимущество биогаза состоит в том, что он является возобновляемым источником энергии. Поэтому, устранив недостатки, снизив себестоимость и повысив эффективность производства, биогаз, равно как и биогазовые установки сыграют немаловажную роль в нормализации обостряющейся экологической ситуации на планете. Выводы СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! |