Биоэнергетика

Биоэнергетика - фундаментальное и прикладное направление, возникшее на границе современных биотехнологий, химической технологии и энергетики, изучающее и разрабатывающее пути биологической конверсии солнечной энергии в топливо и биомассу и биологическую и термохимическую трансформацию последней в топливо и энергию.

Растительный покров Земли составляет более 1 800 млрд, т сухого вещества, что энергетически эквивалентно известным запасам энергии полезных ископаемых. Леса составляют около 68 % биомассы суши, травяные экосистемы - примерно 16 %, а возделываемые земли - только 8 %.

Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с все нарастающей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии. Так, потенциальные объемы производства биотоплив в РФ представлены на рис. 4.26.

Потенциальные объемы производства биотоплив из отходов лесонроизводства и деревообработки в России

Рис. 4.26. Потенциальные объемы производства биотоплив из отходов лесонроизводства и деревообработки в России

Метановое «брожение», или био.метаногенез, - давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Он был открыт в 1776 г. Алесандром Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе. Биогаз, полученный в ходе этого процесса, представляет собой смесь из 65 % метана, 30 % углекислого газа, 1 % сероводорода и незначительных количеств азота, кислорода, водорода и закиси углерода.

Болотный газ дает пламя синего цвета и не имеет запаха. Его бездымное горение причиняет гораздо меньше неудобств людям но сравнению со сгоранием дров, навоза жвачных животных или кухонных отбросов. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии 16,8 м природного газа, 20,8 л нефти или 18,4 л дизельного топлива.

Биометаногенез осуществляется в три этапа: растворение и гидролиз органических соединений, ацидогенез и меганогенез. В энергоконверсию вовлекается только половина органического материала - 1 800 ккал/кг сухого вещества по сравнению с 4 000 ккал при термохимических процессах, но остатки, или шлаки, метанового «брожения» используются в сельском хозяйстве как удобрения (рис. 4.27).

Реакторы анаэробного сбраживания

Рис. 4.27. Реакторы анаэробного сбраживания,

Тель-Авив, Израиль

В процессе биометаногенеза участвуют три группы бактерий. Первые превращают сложные органические субстраты в масляную, нрогшоновую и молочную кислоты; вторые эти органические кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем метанообразующие бактерии восстанавливают углекислый газ в метан с поглощением водорода, который в противном случае может ингибировать уксуснокислые бактерии.

Еще в 1979 г. конференция ООН по науке и технике для развивающихся стран и эксперты «Экономической и социальной комиссии по странам Азии и Тихого океана» подчеркивали достоинства интегрированных сельскохозяйственных программ, использующих биогаз. Такие программы направлены на разработку пищевых культур, а также на производство белка культурами водорослей, создание рыбных ферм, переработку отходов и превращение различных отбросов в удобрения и энергию в виде метана.

Производство биогаза имеет следующие достоинства: эго источник энергии отходы процесса служат высококачественными удобрениями и в довершение сам процесс способствует поддержанию чистоты окружающей среды (рис. 4.28). Чтобы обеспечить крупномасштабное развитие и экономическую вытоду предприятий но производству биогаза, необходимо решить целый ряд биохимических, микробиолотических и социальных проблем.

Биотехнология в состоянии внести крупный вклад в решение проблем энергетики посредством производства достаточно дешевого биосинтетического этанола, который кроме того является и важным сырьем для микробиологической промышленности при получении пищевых и кормовых белков, а также белково-липидных кормовых препаратов.

Биоэтанол - обычный этанол, получаемый в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Мировое производство биоэганола в 2005 г. составило 36,3 млрд, литров, из которых 45 % пришлось на Бразилию и 44,7 % - на США. Этанол в Бразилии производится преимущественно из сахарного тростника, а в США - из кукурузы.

«ЖИ!«ПП>

rtnpKrmtm

Рис. 4.28. Комплекс переработки и использования отходов

Производство этанола из тростника на сегодняшний день экономически более выгодно, чем из кукурузы (рис. 4.29).

Использование биоэтанола в качестве топлива позволяет снизить выбросы диоксида углерода, являющегося парниковым газом. Сокращение выбросов диоксида углерода при использовании биоэтанола зависит от используемого растительного сырья, климатической зоны и накладных расходов на его выращивание, транспорт и переработку, поскольку в этих процессах используется ископаемое топливо (агротехнические работы, сушка зерна при закладке на хранение, производство удобрений для восстановления плодородия почв, ректификация спирта и переработка отходов).

Содержащийся в этаноле кислород позволяет более полно сжигать углеводороды топлива. В 2006 г. применение этанола в США позволило сократить выбросы около 8 млн тонн парниковых газов (в С02 эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,21 млн автомобилей.

Главной проблемой производства биоэтанола из товарной сельскохозяйственной продукции, в первую очередь из зерна, является сокращение доли земель, занятых под производство кормовых и пищевых культур и, как следствие, рост цен на продовольствие. Так, по оценкам бюджетного комитета Конгресса США, вклад роста использования зерна для производства этанола в повышение цен на продовольствие в 2008 г. составил 35 %.

Завод но производству этанола в Западном Берлингтоне, штаг Айова

Рис. 4.29 Завод но производству этанола в Западном Берлингтоне, штаг Айова

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >