You are viewing a_einstein

Previous Entry | Next Entry

Биоэнергия



 

Часто, мы даже не задумываемся, сколько потенциальных источников энергии окружает нас. Особенно, многообразием своих форм поражает биомасса, которая включает в себя почти два миллиона видов живых организмов, продукты их взаимодействия и жизнедеятельности. Энергия миллионы лет курсирует в этих экосистемах, заставляя жизнь на Земле изменяться и совершенствоваться. Не удивительно, что человек с давних пор пытался использовать эти энергетические кладовки для своих нужд, с каждым днем расширяя ассортимент подвластных способов использования живой материи. На сегодняшний день, энергию можно извлечь почти из любого материала органической природы – начиная с традиционных дров, заканчивая менее привычными источниками вроде морских водорослей, свиного сала и содержимого мусорных свалок.
биотопливоТопливные продукты, получаемые из биомассы, не менее разнообразны, чем сырье. Их можно разделить на три больших группы – твердое и жидкое биотопливо, а так же биогаз.

Твердое биотопливо, это не только обычные дрова. Сейчас, наряду с ними используют специально изготовленные топливные брикеты и пеллеты – гранулы, представляющие собой прессованные отходы деревообрабатывающей промышленности или, например, навоз. Тепло и энергию из них получают так же как из дров – сжигают в каминах, печах и бойлерах, отапливая помещения.

Самыми распространенными видами жидкого биотоплива являются биодизель –метиловый эфир, получаемый из растительных и животных жиров, и различные биоспирты – биоэтанол, биометанол, биобутанол и тд. Жидкое топливо в основном предназначено для работы автотранспорта. И если для массового использования биоэтанола необходима разработка новых «спиртовых» двигателей, то биодизель уже успешно используется в качестве топлива в целом ряде стран.

Биогаз представляет собой смесь углекислого газа и метана, получаемого при сбраживании органических отходов. Его можно использовать для получения электроэнергии, тепла, и так же в качестве автомобильного топлива.

Потенциальные возможности

Выбор сырья для производства биотоплива, в первую очередь зависит от промышленной структуры и сельскохозяйственных условий того или иного региона. Можно выделить два основных пути получения биомассы – специальное выращивание энергетических культур и использование органических отходов промышленности и сельского хозяйства.

бамбукВ некоторых странах, для пополнения запасов топлива, выращивают целые энергетические леса, состоящие из пород быстрорастущих деревьев – эвкалипта, тополя, ивы, а сельскохозяйственные поля специально засеиваются растениями, из которых выгодно получать биоэнергию. Самыми распространенными в мире энергетическими культурами является сахарный тростник, кукуруза и рапс. Но в принципе, жидкое топливо можно получить из почти любого растения – бамбука, картофеля, сои, сахарной свеклы, ячменя, маниока. Важную роль в этом случае играет высокое содержание масел в растении, если планируется производить биодизель, и уровень сахара или крахмала, если речь идет о биоэтаноле.

Но бывают случаи, когда земель для энергетического сельского хозяйства нет, или климат не подходит для эффективного разведения биоэнергетических культур. В этом случае эффективнее может оказаться другой подход – биотопливо можно получать из отходов местного производства. Для брикетов твердого топлива можно использовать щепки, стружку, солому, виноградную лозу, рисовую и подсолнечную шелуху, навоз, птичий помет и многое другое. Свекольная ботва и листья кукурузы, оставшиеся после сбора урожая, подойдут для производства биоэтанола, животные жиры, отработанное растительное масло – для биодизеля. А для производства биогаза вообще подойдет любая органическая масса.

Еще одним интересным путем получения биомассы является разведение на специальных морских плантациях водорослей. Есть пример и более оригинального способа – в холодных регионах, где эти теплолюбивые организмы в природе не живут, можно культивировать водоросли в горячих озерах, охлаждающих тепловые электростанций.

пеллетТехнологии

Не менее разнообразны и технологии получения биотоплива. Проще всего выглядит производство твердотопливных брикеттов и пеллет – для этого сырье сушат, измельчают и прессуют. Из 4-5 кубометров древесных отходов получается 1 тонна пеллет. Такая продукция обретает целый ряд преимуществ перед дровами – снижается риск самовоспламенения, повышается теплотворная способность. Так, килограмм древесных гранул может заменить 0,5 литра традиционного жидкого топлива.

Биоэтанол получают путем спиртового брожения углеводов, содержащихся в биомассе. В сырье добавляют дрожжи, благодаря ферментам которых образуется 15 процентный спиртовой раствор. Его очищают и дистиллируют. Некоторое сырье требует дополнительных этапов обработки – например, что бы получить биоэтанол из целлюлозы, содержащейся в древесине, ее необходимо предварительно подвергнуть гидролизу, а уже полученную субстанцию отправить на брожение.

Биодизель получают путем этерификации (получения сложных эфиров с помощью катализаторов) из биомассы, содержащей растительные или животные жиры. Из 3 тонн семян рапса, которые обычно собирают с 1 гектара земли, получается 1 тонна биодизеля. Остальные 2 тонны отходов тоже не пропадают зря -полученный после отжима жмых способен конкурировать с самыми высококачественными животными кормами. Отходом производства биодизеля так же является глицериновая фракция, которую можно использовать в парфюмерной промышленности или производить фосфорные удобрения.

Биогаз получают благодаря анаэробному сбраживанию – переработке биомассы бактериями в отсутствии кислорода. Для получения биогаза часто используются специальные устройства-реакторы, куда помещается органика и выкачивается воздух. Так же биогаз можно получать прямо на мусорных свалках, где выделения метана – серьезная проблема, приводящая к взрывам и пожарам. Для того, что бы получить биогаз, мусор помещают в подземные глиняные контейнеры, оснащенные системой выводных труб. Через некоторое время, под землей, начинаются процессы гниения, сопровождающиеся выделением метана. Газ через трубы попадает в собирающие контейнеры и готов к использованию.

Ситуация в мире

На сегодняшний день в мире производится около 15 миллионов тонн древесных пеллет. Лидерами по производству топливных гранул является Европа. Но их производство налажено и в России, США, Канаде, некоторых других странах.

Пороизводство биоэтанола наиболее развито в Бразилии, где основным сырьем выступает сахарный тростник, и США, где для нужд биоэнергетики выращивают кукурузу. Причем, в отличие от Бразилии, которая является основным экспортером биоэтанола, США демонстрирует рекорды по потреблению биоспирта на внутреннем рынке.

А вот Евросоюз в основном специализируется на производстве биодизеля – он составляет 80% биотоплива, которое производится на территории Еврозоны. При чем, европейские страны являются основным импортером не только готового биодизеля, но и сырья для его производства. Около 80% из этого сырья составляет рапс, остальные 20% приходятся на соевое и пальмовое масло.

биогазЛидером по потреблению биогаза является Дания – этот вид топлива составляет 18% энергетики страны. Не отстает и Германия – на ее территории построено более 8000 биогазовых устновок, что бьет все рекорды по всем абсолютным показателям производства биогаза. В Европе биогаз уже во всю используют на птицефабриках, мясокомбинатах, заводах по переработке сельскохозяйственной продукции и для работы общественного транспорта. В развивающихся странах распространенны «домашние» биоустановки, полученный из них газ в Индии, Непале, Вьетнаме идет на приготовление пищи и отопление жилищ.

Государственные программы, направленные на увеличение объемов производства и потребления биотоплива действуют во многих странах: США, Евросоюзе, Австралии, Бразилии, Аргентине, Чили, Зимбабве, Малайзии, Таиланде и многих других. Это и введение льгот на выращивание и использование биотоплива, и спонсирование научных разработок, связанных с повышением качества топливных продуктов, и введение стандартов на топливо. Например, в Китае правительством принята программа «1 миллион му био-энергетических лесов». Му – китайская единица площади, соответсвуящая 165 000 акрам. Все эти территории предназначены для выращивания ятрофы – одного из самых перспективных для производства биодизеля растений. Так же, в Германии и некоторых штатах США уже действуют законы, по которым автомобильное топливо должно обязательно включать в себя 5% этанола.

В будущем, рынок биотоплива будет интенсивно развиваться – планируется, что к 2015 году использование биотоплива увеличится вдвое. К 2020 году, Дания и Ирландия планирует довести объем потребления биотоплива до 10 процентов, а Америка – до 20 процентов. Активно ведутся научные разработки, направленные на повышение качества топлива и создания механизмов, эффективно его использующих, в первую очередь это касается автомобильной сферы.

Источник: http://newenergyplanet.net

Comments