Биомасса
Биома́сса (биоматерия) — совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе в момент наблюдения.
Среди наземных животных организмов наибольшую по массе часть составляют насекомые, членистоногие и подобные им, обеспечивающие существование растительных организмов. (Более 80-ти процентов сухопутной биомассы).
Человечество, как часть млекопитающих, представляет собой менее 1-го кубического километра, что составляет одну пренебрежимо малую, несоизмеримую со всей биомассой, часть всей биомассы Земли.
Состав
Биомасса по существу состоит из макромолекулярных органических полимеров — лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза.
Применение биомассы в энергетике
Биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Приближённо полная биологическая масса земли оценивается в 2,4·10 12 тонн[1].
Биомасса — пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро и геотермальной энергии. Ежегодно на земле образуется около 170 млрд т. первичной биологической массы и приблизительно тот же объём разрушается.
Биомасса — крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн т.у.т./год)
Основная часть топливной биомассы (до 80%), это прежде всего древесина, употребляется для обогрева жилищ и приготовления пищи в развивающихся странах.
Примеры
В 2002 году в электроэнергетике США было установлено 9733 МВт генерирующих мощностей, работающих на биомассе. Из них 5886 МВт работали на отходах лесного и сельского хозяйства, 3308 МВт работали на твёрдых муниципальных отходах, 539 МВт на других источниках.
В 2003 году 4 % всей энергии в США производилось из биомассы.
В 2004 году во всём мире производили электричество из биомассы электростанции общей мощностью 35 000 МВт.
В настоящее время европейские страны проводят эксперименты по выращиванию энергетических лесов для производства биомассы. На больших плантациях выращиваются быстрорастущие деревья: тополь, акация, эвкалипт и другие. Испытано около 20 видов растений. Плантации могут быть комбинированными, когда между рядами деревьев выращиваются другие сельскохозяйственные культуры, например, тополь сочетается с ячменём. Период ротации энергетического леса — 6—7 лет.
Методом пиролиза из биомассы получают жидкое биотопливо, метан, водород. Возможно использование различного сырья: отходы древесины, солома, кукурузная шелуха и т. д. Из пшеничной соломы получается до 58 % биотоплива, 18 % угля и 24 % газов.
Распространено применение топливных пеллет — твёрдого топлива из отходов деревообрабатывающих и сельскохозяйственных производств.
Жидкое биотопливо
Из масличных культур при помощи этерификации выделенного растительного масла производится различное дизельное топливо (Биодизель). Проводятся исследования по выращиванию высокопродуктивных плантаций масляных водорослей.
Путём ферментации сахаро и крахмалсодержащих продуктов (злаки, картофель, сахарная свёкла), и с предварительным гидролизом в случае использования целлюлозосодежащего растительного сырья (древесина, солома, растительные отходы) получают этанол (биоэтанол). Этанол применяется в качестве моторного топлива в чистом виде и в смеси с бензинами, используется для производства этил-трет-бутилового эфира — качественного топлива для бензиновых двигателей, являющегося частично биотопливом в отличие от метил-трет-бутилового эфира.
Газификация биомассы
Из 1 килограмма биомассы можно получить около 2,5 нм 3 генераторного газа, основными горючими компонентами которого являются монооксид углерода (CO) и водород (H2). В зависимости от способа проведения процесса газификации и исходного сырья можно получить низкокалорийный (сильно забалластированный) или среднекалорийный генераторный газ.
Из навоза животных методом метанового брожения получают биогаз. Биогаз на 55—75 % состоит из метана и на 25—45 % из СО2. Из тонны навоза крупного рогатого скота (в сухой массе) получается 250—350 кубических метров биогаза. Мировой лидер по количеству действующих установок по производству биогаза — Китай.
Лэндфилл-газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. В США в 2002 году находилось в эксплуатации 350 заводов по производству лэндфилл-газа, в Европе — 750, всего в мире — 1152, общее количество производимой энергии — 3929 МВт, объём обрабатываемых отходов — 4548 млн. тонн!
Ресурсы
Россия ежегодно накапливает до 300 млн. т. в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн. т. в виде бытового мусора.
США на свободных землях могут ежегодно выращивать 1,3 миллиарда тонн биомассы (Switchgrass — разновидности проса). Из этой биомассы можно получать биотоплива в объёме, эквивалентом 4,5 млн. баррелей нефти в день.
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Источник
5.8. Биомасса как возобновляемый источник энергии
Эффективным возобновляемым источником энергии является биомасса. Ресурсы биомассы в различных видах есть почти во всех регионах мира, и почти в каждом из них может быть налажена ее переработка в энергию и топливо. На современном уровне за счет биомассы можно перекрыть 6–10 % от общего количества энергетических потребностей промышленно развитых стран.
Биомасса сегодня является четвертым по значению топливом в мире, давая ежегодно 1250 млн. т условного топлива энергии и составляя около 15 % всех первичных энергоносителей (в развивающихся странах – до 38 %).
Россия обладает 20 % мировых лесных запасов, но в лесу ежегодно остается до 500 млн. кубометров перезрелой древесины, которая захламляет леса, увеличивает пожарную опасность. На различных стадиях переработки древесины появляются древесные отходы, которые составляют около 40 % от исходного сырья. В России имеется достаточная сырьевая база для использования древесины в качестве энергетического топлива.
Растительная биомасса, в том числе древесное сырье, является единственным видом возобновляемого ресурса. При разумном использовании этого сырья оно может обеспечить потребности современной цивилизации как в промышленной продукции (бумага, стройматериалы, мебель), так и в энергетическом топливе. Ежегодная потребность мировой энергетики составляет 10 млрд. тонн условного топлива. Прирост растительной биомассы может полностью удовлетворить потребности человечества, поскольку ежегодно на поверхности Земли выращивается порядка 60 млрд. м 3 , что эквивалентно 30 млрд. т угля.
Рассмотрим направления использования биомассы.
Источник
Биомасса
Наиболее распространенными материалами биомассы, используемыми для производства энергии, являются растения, древесина и отходы.
- 6 й по запасам источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа;
- 5 й по производительности ВИЭ после прямой солнечной, ветровой, гидро- и геотермальной энергии.
- вещества растительного и животного происхождения;
- продукты жизнедеятельности организмов;
- органические отходы, образующиеся на этапах технологического цикла отходов;
- отходы животноводства, птицеводства, аграрного сектора, пищевой промышленности,
- ил очистных сооружений,
- твердые бытовые отходы.
Биотопливные культуры специально выращивают в странах с мощным сельскохозяйственным потенциалом:
- США, Бразилия, Индия, Китай;
- на Украине под биотопливо выращивают рапс, некоторые виды «энергетических» растений;
- Кукуруза, соевые бобы и сорго являются единственными культурами, которые оказались экономически выгодными для промышленного производства биотоплива в США;
- в Бразилии большое количество этанола производится из сахарного тростника.
Все это называется исходным сырьем биомассы.
- растения поглощают солнечную энергию посредством фотосинтеза;
- превращают углекислый газ и воду в питательные вещества (углеводы).
- сжигаться для получения тепла (прямое),
- преобразовываться в электричество (прямое),
- перерабатываться в биотопливо (косвенное).
Различные виды энергии создаются путем прямого сжигания, совместного сжигания, пиролиза, газификации и анаэробного разложения.
Однако перед сжиганием биомассы ее необходимо высушить.
Этот химический процесс называется торрефикацией.
Во время торрефикации биомасса нагревается примерно до 200–320 ° С.
Биомасса теряет около 20% своей первоначальной массы, но сохраняет 90% своей энергии.
Во время торрефикации биомасса превращается в сухой почерневший материал.
Затем его прессуют в брикеты.
Брикеты из биомассы очень гидрофобны, то есть отталкивают воду.
Это дает возможность хранить их во влажных помещениях.
Брикеты имеют высокую плотность энергии и легко воспламеняются при прямом или совместном сжигании.Прямой огонь и совместный огонь
Большинство брикетов сжигаются напрямую.
Пар, образующийся в процессе сжигания, приводит в действие турбину, которая вращает генератор и вырабатывает электричество.
Это электричество может быть использовано для производства или для обогрева зданий.Биомасса также может сжигаться вместе с ископаемым топливом.
Биомасса чаще всего сжигается на угольных тепловых электростанциях (ТЭС).
Совместное сжигание устраняет необходимость в новых заводах по переработке биомассы.
Совместное сжигание также снижает спрос на уголь.
Это уменьшает количество углекислого газа и других парниковых газов, выделяемых при сжигании ископаемого топлива.Источник