Реферати українською » Физика » Використання біомаси для отримання енергії


Реферат Використання біомаси для отримання енергії

Біоенергетика

Людство може мати простий достатньо електроенергії, не виробляючи в ГЕС, АЕС чи ТЕС, працівників вугіллі, нафти, природному газі і горючих сланцях. Можна необхідну енергію отримувати, використовуючи натомість альтернативні джерела, наприклад вітрові, приливні, геотермальні, сонячне проміння і хвильові електростанції чи ТЕС, працівники біомасу.

Під альтернативної енергією розуміються біогаз, біодизель та інші вуглеводні, отримані внаслідок переробки біомаси. Ресурси даних джерел колосальні, але обмежені. Альтернативна енергетика задовольнити потреба людства може лише за економії енергії. Наприклад, таки в Індії уряд на федеральному і регіональному рівнях виділяє значні субсидії для реалізації програм встановлення удосконалених печей. Наприкінці 2000 року у країні працювало 32,6 мільйона таких печей. Використання поліпшених печей врятувало від знищення більш 13 мільйонів тонн деревини на рік. Якщо ж вдосконалити печі у світі? Використання біомаси в енергетичних цілях дає великі перспективи: можна використовувати відходи сільського господарства (отримання біогазу у тваринництві, використання на ТЕС відходів рослинництва), і навіть отримувати паливо (вирощування енергетичних лісів).

Що зробити висновки з біомаси?

Біогаз. Загалом у світ у час використовується чи розробляється близько шістдесяти різновидів технологій отримання біогазу. Найпоширеніший метод -анаеробноесбраживание вметатанках, чи анаеробних колонах. Біомаса (екскременти сільськогосподарських тварин; солома й інші відходи рослинництва) зброджують внаслідок життєдіяльностіметанобактерий, у результаті утворюються біогаз і побічні продукти (вітамін У, добриво).

Потенціал: Росія щорічно накопичує до 300 мільйонів т дизпалива на сухому еквіваленті органічнихотходов.250 млн. тонн на сільськогосподарському виробництві й 50 млн. тонн на вигляді побутового сміття. Ці відходи є сировиною для біогазу. Потенційний обсяг щорічно одержуваного біогазу може становити 90 млрд. м3.

>Биодизельное паливо

Біодизель - це екологічно чисте паливо для дизельних двигунів, одержуване шляхом хімічної обробки олії чи тваринних жирів, що може служити добавкою до дизельному палива чи цілком заміняти його. Біодизель, як показали досліди, потрапляючи в воду не завдає шкоди рослинам і тваринам. З іншого боку, він піддається практично повного біологічному розпаду: у грунті чи воді мікроорганізми за 28 днів переробляють 99 відсотків біодизеля, що дозволяє казати про мінімізації забруднення рік та ставків. Виробництво біодизеля дозволяє вводити на оборот які використовуються сільськогосподарські землі, започаткувати нові робочі місця у сільське господарство, машинобудуванні, будівництві та т.д. Наприклад, у Росії з 1995 по 2005 рік посівні площі скоротилися на 25,06 мільйона гектарів.

Вирощування біомаси для синтезу палива

До сформування плантацій енергетичних лісів в помірної кліматичної зоні найперспективніші різновиду швидкозростаючих сортів тополі (>волосистоплодного і канадського) і верби (>корзиночной і козячою), а південній частині країни - акації і евкаліпта.Посадка енергетичних плантацій ведеться черешками чи саджанцями квадратно-гніздовим способом чи шаховому установленому порядку з різної шириною міжрядь (від 0,8 до 2 метрів). Для тополі щільність посадок зазвичай становить 3 5 тисячі примірників на один гектар, проте загальних рекомендацій доки вироблено. Період ротації становить 6 7 років. Відхід за плантацією залежить відбороновании міжрядь, внесенні добрив і зрошенні в посушливі періоди. Плантації може бутимонокультурними і комбінованими. Останні заслуговують особливої уваги, оскільки сприяють диверсифікації посівів і посадок різних культур, що має підвищити опірність захворювань і шкідників, цим знижуючи потреба у отрутохімікати. З іншого боку, подібні плантації раціональніше використовують що надходить сонячної енергії на формування біомаси.

Принцип комбінованих посівів і посадок різних культур однією ділянці добре відомий у тропіках, де звані "городи" дають врожаї різних культур протягом кілька років поспіль не залучаючи добрив і отрутохімікатів. Різні варіанти комбінованих посівів і посадок різноманітних культур, включаючи енергетичні, вже випробувані у одному з графств Великобританії. У посадках використовують тополя і ячмінь в міжряддях, або тополя, ясен, вільху з соняшником ілюпином в міжряддях, чи з горохом польовим, ячменем, конюшиною, зеленими культурами тощо. Приклад комбінованого використання енергетичних лісів відомий у Греції, де на кількох плантаціях шовковиці вигодовують шовковичного хробака. Взимку річний приріст гілок обрізають й використовують як біомасу. На європейської терені Росії, де до 80 відсотків електроенергії виробляється на ТЕЦ, чимало з яких перебувають у лісових районах, безумовно, є сформуватись плантацій енергетичних лісів або часткового використання місцевих лісових ресурсів (відходи заготівлі та переробки деревини).

Кількість енергії, що можна отримати з плантації за врожайності 15 тонн сухий біомаси з гектари знаходились у рік (>теплотворная здатність 15МДж/кг), становить 225ГДж/га. При ККД газотурбінної електростанції 40 відсотків, один гектар енергетичної плантації може забезпечити екологічно чистим паливом виробництво 252МВт-ч електроенергії у рік. Нині розглядаються різні схеми використання енергетичних лісів з короткимисевооборотами (зазвичай, пропонуються сівозміни із шестирічною циклом). У цьому енерговіддача (співвідношення кількості енергії, яке одержують від системи, до енергетичним затратам їхньому створення умов та експлуатацію, зокрема всі непрямі витрати) таких енергетичних плантацій коливається між трьома і чотирма, що існує цілком прийнятною величиною, з урахуванням, що енерговіддача для теплових станцій, працівників вугіллі, становить чотири-п'ять одиниць.

Рослинну олію має великутеплотворную здатність (38МДж). З іншого боку, олію можна переробити на біодизель. І це скільки олії можна з гектара ріллі, засіяного оливними культурами?

Звісно, використання продуктів харчування (у разі олію) перестав бути виходом із енергетичної проблеми. Але цей ресурс розглядати вельми доцільна.

Метод прямий конверсії біомаси в паливо

НещодавноДжоржемХубером і двома його студентами з університету штату Массачусетс розробили метод прямий конверсії біомаси в паливо. Вони було опубліковане у журналіChemSusChem статтю з описом методу селективного каталітичного піролізу целюлози, результатом якого є освіту ароматичних сполук (нафталін, толуолу, етилбензол та інших.), серед побічних продуктів - твердий вуглецевий матеріал, ЗІ, СО2 і вода.

Реакцію проводили при 600 З нацеолитномкатализатореZSM5. Процес завершувався за дві хвилини. Вихідним реагентом служив очищений порошок целюлози.

Уявлення про механізм процесу включають кілька елементарних реакцій - розкладання целюлози із заснуванням органічних сполук, містять кисень, потім реакції цих сполук всередині пір каталізатора, де відбуваєтьсядегидрирование,декарбонилирование,олигомеризация та інші хімічні перетворення.

Експерти високо оцінили нову роботу, хоча самими авторами визнають, що це лише перший крок ефективному перетворенню біомаси в моторне паливо. Передусім доведеться вивчити зокрема можливість використання сирої біомаси, а чи не порошку целюлози. Далі, основними продуктами піролізу є ароматичні сполуки, які, відповідно до вимог урядової організації США - Агентства охорони навколишнього середовища - повинно бути більше 25% загалом бензину. Отже, доведеться обмежитися добавкою отриманоїароматики доалканам, або проводити додаткову реакціюгидрирования.

Проте, попри всі ці обмеження, процес д-раХубера приверне багато уваги колег П.Лазаренка та дасть поштовх подальшим дослідженням у сфері екологічно чистою енергетики, не що призводить до зростанню змісту вуглекислого газу атмосфері.

Вирощування й водоростей

Спеціальне вирощування біомаси як мікроскопічних водоростей з наступним їїперебраживанием в спирт чи метан дозволяє створити штучний аналог процесу освіти органічних палив, переважаючий за швидкістю природні процеси мільйони раз. Співвідношення між величиною первинної біологічної продукції і на речовиною, похованим і збережені в морських опадах, становить 1000:1.

Створення спеціальних умов може багаторазово прискорити освіту палива. ККД фотосинтезу завдяки оптимізації харчування біогенними елементами, певній температурі й перемішуванню можна збільшити від 1,1 до 10 відсотків. У процес переробки біомаси в на газ і нафту то, можливо включено все речовина, а чи не 0,001 його частину, як відбувається у природі, тобто природний процес освіти вуглеводнів то, можливо значно інтенсифіковано. З цього погляду, великий інтерес викликає одноклітинна водорістьботриококкус, зміст вуглеводнів у якій сягає 80 відсотків від сухого ваги.

>Углеводороди локалізуються здебільшого зовнішньої поверхні клітин, і, отже, їх можна видаляти простим механічним способом чи, наприклад, застосовуючи центрифуги, причому клітини за цьому руйнуються і можна повертати знову на культиватор. Склад вуглеводнів, продукованихботриококкусом, дозволяє використовувати їх як джерело енергії чи як в нафтохімічної промисловості (безпосередньо чи влітку після неповного крекінгу). Після гідрокрекінгу не вдома виходить 65 відсотків газоліну, 15 відсотків авіаційного палива, 3 відсотка залишкових масел.

>Цианобактерии і біопаливо

Вчені з університету Техасу в Остіні навчили бактерії виробляти матеріал для палива. Вони змінили геном ціанобактерії, завдяки чому остання навчилася виробляти дуже багато целюлози, яке щоб одержати біопалива.

Вчені змінили геном ціанобактерій, додавши туди гени, відповідальні за продукцію целюлози, взяті відуксусних бактерійAcetobacterxylinume. Через війну модифіковані бактерії заходилися робити целюлозу як гелю, що зручне, оскільки її легше у вигляді розщеплювати на глюкозу і сахарозу - прості цукру, що є є основним джерелом щоб одержати етанолу.

Фахівці висловив припущення, що з допомогою модифікованих бактерій набагато легше отримувати етанол, ніж, приміром, з кукурудзи, буряків чи цукрової тростини. Оскільки целюлоза, отримувана з цих рослин, перебуває у кристалічною формі.

Що важливо, на думку вчених, то це те, що ціанобактерії можна вирощувати нанепахотних землях і використовуватиме поливу солону воду, яку можна використовуватиме пиття чи поливу рослин.

З продуктивності ціанобактерій до лабораторій, фахівці підрахували, що з однакової кількості виробленого етанолу, площа полів з ціанобактеріями буде зацікавлений у двічі менше площі, засіяному рослинами, використовуваними як джерело целюлози


Схожі реферати:

Навігація