БИОЭНЕРГЕТИКА. Фгбу рэа минэнерго рф биоэнергетика россии в xxi веке
 Скачать 0.63 Mb.
|
|
Прямое сжигание — древнейший, но наименее выгодный процесс с КПД получения тепловой энергии 15-18 %. Однако существуют такие виды биомассы, которые выгоднее сжигать при условии создания тепловых агрегатов с более высоким КПД. К таким видам биомассы относятся: солома злаковых и крупяных культур, стебли подсолнечника и кукурузы, из которых готовят топливные гранулы - пеллеты; некоторые виды древесины, древесные отходы; твердые отходы сельскохозяйственного производства; городские твердые отходы; отходы производства сахара из сахарного тростника — багасса, которая при прямом сжигании используется для производства пара, электричества, пульпы, бумаги, картона, корма для животных. Пиролиз Пиролиз - это термохимическая конверсия сырья без доступа воздуха при температуре .550 °С позволяет из 1 м абсолютно сухой древесины получать: 140... 180 кг древесного угля, не содержащего ни серы, ни фосфора и используемого для получения лучших сортов стали, 280.. .400 кг жидких продуктов — метанола, уксусной кислоты, ацетона, фенолов; 80 кг горючих газов — метана, моно оксида углерода, водорода [3]. Газификация Газификация — сжигание биомассы при температуре 900... 1 500 °С в присутствии воздуха или кислорода и воды с получением синтез-газа, состоящего из смеси моно оксида углерода, водорода и стеклообразной массы (7... 10 % массы исходного материала), применяемой как наполнитель для дорожных покрытий. Газификация — более прогрессивный и экономичный способ использования биомассы для получения тепловой энергии, чем пиролиз. Синтез-газ имеет высокий КПД тепловой конверсии. Он может употребляться для получения метанола [3]. Сжижение Сжигание — производство жидкого топлива из биомассы путем термической конверсии: термический пиролиз или газификация в присутствии катализаторов. Реакции происходит так, чтобы в качестве основного продукта получалось жидкое топливо, и при этом можно производить уголь и газ. [3] Быстрый пиролиз Быстрый пиролиз — биомасса в течение короткого времени подвергается воздействию экстремально высоких температур (700... 1 400 °С), в результате которого происходят быстрое разложение исходных продуктов и образование новых соединений: этанола, пропилена, углеводородов, близких к бензину. Газ, получаемый с помощью быстрого пиролиза, содержит водород, метан, этилен, пропилен. Использование быстрого пиролиза биомассы выгоднее, чем пиролиза угля, так как биомасса содержит значительно меньше золы, и ее можно подвергнуть воздействию более низких температур. Этому направлению, очевидно, принадлежит будущее. [3] Синтез Синтез — каталитический синтез метанола из газов, образующихся при термической конверсии биомассы. Изменяя температуру и давление, а также используя уникальные катализаторы, кроме метанола можно получить целый ряд других соединений. Промежуточные соединения образуются и из лигнина. Из 1 т древесины можно синтезировать .540 л метанола. Если синтез производить в присутствии водорода, получающегося при электролизе воды, то выход метанола увеличивается до 1 400 л. [3] Биоэнергетические технологии К биоэнергетическим технологиям относятся такие процессы, как: биогазовые технологии; производство этанола; получение биодизельных топлив, жирных кислот, растительных углеводородов; производство биоводорода, получение тепловой энергии. Биогазовые технологии. Биогаз — смесь метана и углекислого газа - продукт метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения, осуществляемого специфическим природным биоценозом анаэробных бактерий различных физиологических групп. Метановое брожение протекает при температурах от 10 до 55 °С в трех четко определенных диапазонах: 10...25 °С — психрофильное; 25...40°С - мезофильное; 52...55 °С — термофильное; влажность составляет от 8 до 99 %, оптимальная 92-93%. Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химических свойств сырья и может составлять от 50 до 90 %. В зависимости от природы исходного сырья изменяется и выход биогаза: от 200 до 600 л на 1 т абсолютно сухого вещества. К настоящему времени разработано и применяется множество технологий получения биогаза, основанных на использовании различных вариаций температурного режима, влажности, концентраций бактериальной массы, длительности протекания биореакций. Производство этанола. Этанол, а также другие низшие спирты, альдегиды и кетоны — продукты спиртового брожения разнообразных сахаро- и крахмалосодержащих субстра-тов. Однако наиболее распространенными видами сырья для производства этанола являются отходы сахарного производства: багасса или меласса (сахарная свекла), а также крахмал кукурузы, сорго, картофеля, пшеницы и риса. В России этанол получают также при брожении гидролизатов древесины (целлюлозы). Наиболее значительный интерес в мире к жидким биотопливам (особенно к этанолу) для ис-пользования на транспорте появился в период с 1970 по 1990 г. и обязан этим высоким ценам на нефть. В настоящее время в развивающихся странах он имеет тенденцию к продолжению вследствие экологических проблем [3]. В некоторых странах этанол в чистом виде или в смеси с бензином (газохол) широко применялся в 1970-е годы для двигателей внутреннего сгорания. Биодизельное топливо Биодизельное топливо имеет те же характеристики, что и обычные дизельные масла, которые могут использоваться в дизельных двигателях. Биодизельное топливо может быть получено из любого маслосодержащего растения — семян рапса, сои, кактусов и т.д.. Преимущество биодизельного топлива состоит в том, что его производство основано на широко известных технологиях получения растительных масел с их дальнейшим метилированием и растительных углеводородов. В 1980-е годы возрос интерес к растительным углеводородам. Как правило, эффективные продуценты углеводородов и масел являются представителями тропической и субтропичес-кой флоры. Однако и в умеренном климате имеются культурные растения, семена которых содержат значительные количества масел, — подсолнечник, конопля, лен, рапс и др. Экзотермическое окисление. Получение тепловой энергии активным компостированием (микробное окисление). Использование этого метода для утилизации твердой биомассы и, прежде всего, твердых органических отходов также может внести существенный вклад в энергетику, в частности, в производство тепловой энергии. Метод основан на процессе бактериального окисления твердых органических веществ с образованием тепловой энергии, которая повышает температуру пропускаемого воздуха до 80...90 °С. Путем компрессии температуру выходящих газов можно поднять до 110°С. В некоторых странах, например в Японии, разработаны опытно-промышленные установки КПД которых достигает 95 % [3]. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Панцхава Е.С., Беренгартен М.Г., Ванштейн С.И., Биогазовые технологии. Проблемы экологии, энергетики, сельскохозяйственного производства, Москва, 2008, МГУИЭ, ЗАО Центр «ЭКОРОС», 217 стр. Панцхава Е.С.,Ж, Аналитическая записка «Технические характеристики, международный опыт и целесообразные объемы создания электростанций на основе использования биомассы в РФ.», ЭНИН, Москва, 2009, 46 стр. Разработка национального Плана развития ВИЭ в России., отчет Делегации Европейской Комиссии в России, март 2009, 42 стр., EuropeAid/1169551/C/SV/RU. Панцхава Е.С., Березин И.В., Техническая биоэнергетика., Биотехнология, № 2 (8), 1986, стр. 1 - 12. Перспективы развития ВИЭ в России, Программа Европейского проекта TACIS для Российской Федерации, Из-во «Атмограф», М., 2009, 455 стр. Безруких П.П., «Экологическая модернизация России - роль науки и гражданского общества», Всероссийская научно-практическая конференция "Энергоэффективность и проблемы развития возобновляемой энергетики", Москва, Центр «Дубровский», 25-26 Октября 2010 г. Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местным видам топлива (показатель по территориям), Под редакцией Безруких П.П., Москва, ИАЦ «Энергия», 2007, 270 стр. Костина Г., Биотехнология - нефтяным магнатам., ж. Эксперт, 2005, www.expert.ru Развитие рынка биотоплива в мире и в Российской Федерации, ФГБУ РЭА, 2011, 56 стр. |