Биоэнергетика –энергетика, основанная на использовании биомассы как источник возобновляемой энергии.

Биоэнергетика. Биотопливо

Содержание лекции: биомасса, биотопливо и его характеристика, классификация энергетических процессов по переработке биомассы, производство и использование биомассы, методы получения спирта и его использование, технология получения биогаза и конструкций биогазовых установок

Цель лекции: изучение способов получения различных видов биотоплива и их использования

Биоэнергетика –энергетика, основанная на использовании биомассы как источник возобновляемой энергии.

То, из чего состоят растения и животные, принято называть биомассой. Основа биомассы – органические соединения углерода, которые в процессе соединения с кислородом при сгорании или в результате естественного метаболизма выделяют тепло. Посредством химических или биохимических процессов биомасса может быть трансформирована в такие виды топлива, как газообразный метан, жидкий метанол, твердый древесный уголь. Первоначальная энергия системы биомасса – кислородвозникает в процессе фотосинтеза под действием солнечного из-лучения, являющегося естественным вариантом преобразования солнечной энергии. При сгорании энергия биотоплива рассеивается, но продукты сгорания могут вновь преобразовываться в биотопливо путем естественных экологических или сельскохозяйственных процессов. Та-ким образом, использование промышленного биотоплива, будучи хорошо увязанным с природными экологическими циклами, может не да-вать загрязнений и обеспечивать непрерывный процесс получения энер-гии. Подобные системы называются агропромышленными. Для них наибольшие успехи достигнуты в отраслях, перерабатывающих сахар-ный тростник и древесину.

Из общего количества биомассы только 0,5 %употребляется человечеством в виде пищи.

Промышленное использование энергии биомассы может быть весьма значительным. За счет отходов производства сахара в поставляющих его странах покрывается до 40 % потребностей в топливе. Применение биотоплива в виде дров, навоза и ботвы растений имеет первостепенное значение в домашнем хозяйстве примерно 50 % населения планеты, обеспечивая выработку в целом около 300 ГВт. Но если предположить, что биомасса возобновляется, то необходимо обеспечить ее производство, по крайней мере, на одном уровне с потреблением.

Некоторое особенности биомассы, которых необходимо учитывать при их использовании:

1. Каждый вид производства биомассы способен дать широкий спектр разнообразных продуктов;

2. При некоторых технологиях отдельные виды топлива, получаемого из биомассы, могут потребовать для своего производства больше энергии, чем смогут дать.

3. Производство биотоплива экономически оправдано только в том случае, если используются ритмично пополняемые запасы дешевого сырья. В качестве примеров подходящих запасов можно привести навоз скотных дворов, обрезки и опилки лесопилок, городские стоки, солому злаковых культур и т. п. Если предварительная концентрация сырья отсутствует, то его сбор может оказаться технически слишком сложным и дорогостоящим.

4. Основные опасности экстенсивного использования топлива из биомассы – уничтожение лесов, эрозия почв, замена урожаев, идущих в пищу, «урожаями» топлива.

6. Биотоплива – это производные органических соединений, и все-гда существует альтернатива использования последних в качестве хи-мического сырья или конструкционных материалов. Например, пальмо-вое масло – один из компонентов мыла; из натурального сырья можно производить пластмассы и фармакологические препараты; композитные материалы на основе растительных волокон можно использовать в строительстве и т. д.

В качестве топлива биомасса характеризуется содержанием влаги и углерода. Материал считается «сухим», если находится в длительном равновесии со средой, обычно при этом он содержит от 10 до 15 % влаги. Присутствие влаги в топливе из биомассы часто ведет к значительным потерям выхода тепловой энергии в связи с тем, что испарение воды требует 2,3 МДж/кг.

Углеродные топлива могут классифицироваться по уровню восстановления энергии. Так, сахар (R=1) имеет теплоту сгорания около 450 кДж на 12 г углерода, содержащегося в нем. Полностью преобразуемый материал, например метан СН4 (R = 2), имеет теплоту сгорания около 900 кДж на 12 г углерода (или на 16 г самого метана).

Важна и плотность биомассы. Обычно сухие биологические мате-риалы имеют плотность в 3…4 раза ниже, чем уголь. Доставка и пере-работка таких материалов из-за этого оказывается трудоемкой и дорогостоящей, особенно если утилизация ведется вдали от источников произ-водства биомассы.

Классификация основных типов энергетических процессов, связанных с переработкой биомассы.