Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Возобновляемые источники энергии

Глава шестая. ЭНЕРГИЯ БИОМАССЫ

6.1. Общие сведения

Под биомассой подразумевают все органические вещества растительного и животного происхождения. К органическим веществам, которые могут быть использованы для получения энергии относят древесину, отходы ее переработки, имеющие доминирующее значение, продукцию сельского хозяйства, а также отходы ее переработки. Все эти вещества можно классифицировать по источнику происхождения (растительная, животная) и стадии использования (первичная, вторичная).

Первичная (растительная) биомасса используется человечеством с незапамятных времен — со времени овладения огнем. Растительная биомасса (фитомасса) образуется в результате фотосинтеза в виде полимеров, содержащих в основном углерод (С), водород (Н) и кислород (О). Кроме того, в фитомассе в малых концентрациях присутствуют фосфор, азот, калий, а также следы многих других элементов. С энергетической точки зрения биомассу можно рассматривать как аккумулированную солнечную энергию. Энергетическое использование биомассы предполагает либо непосредственное сжигание, либо производство промежуточных энергоносителей: твердых, газообразных или жидких биотоплив.

Процесс фотосинтеза может быть в общем виде представлен следующей реакцией:

где СН-,0 — обобщенная формула для углеводов (сахар, крахмал, целлюлоза).

Энергетическое использование биомассы в конечном счете определяется реакцией:

Сопоставление этих двух реакций показывает, что в результате фотосинтеза и использования созданной биомассы реализуется замкнутый цикл, в котором солнечная энергия аккумулируется, запасается и затем превращается в полезное тепло. Этот цикл нейтрален по отношению к выбросам С02 при условии, что на место использованной биомассы будет посажено новое растение, при росте которого весь диоксид углерода будет вновь поглощен. Биомасса обладает рядом существенных преимуществ как ВИЭ. К ним можно отнести:

  • • распространенность и доступность;
  • • всесезонность;
  • • возможность получения различных конечных продуктов (кроме традиционного сжигания с получением электроэнергии и тепла можно получать синтез-газ, бионефть, этанол, биогаз, биоводород);
  • • снижение антропогенной нагрузки на окружающую природную среду. В атмосферу выделяется при использовании биомассы столько же диоксида углерода, сколько его поглощается при росте биомассы. Кроме того, в отличие от органических топлив, биомасса не приводит к выбросу в атмосферу таких загрязняющих веществ, как тяжелые металлы, оксид углерода, оксиды серы.

Биомасса как источник энергии играет существенную роль в мировом энергетическом балансе. Вклад биомассы в мировой энергетический баланс оценивается в 12—13 %, хотя надежный учет некоммерческого использования дров затруднен [7]. Ежегодно в мире образуется около 220 млрд т биомассы сухого вещества, что по теплотворности эквивалентно около 4000 ЭДж. Для сравнения общее годовое потребление энергии в мире составляет примерно 430 ЭДж.

Наибольший удельный вес биомасса имеет в энергетических балансах развивающихся стран Африки и Азии, где для приготовления пищи, обогрева и освещения традиционно используются дрова. В последние годы значительно возросла доля биомассы в энергетических балансах и развитых стран (табл. 6.1) [2].

Причинами такого роста являются постоянное увеличение цен на ископаемое топливо, в первую очередь на нефть и газ, и желание стран обеспечить свою энергетическую безопасность. В 2003 г. доля биомассы в общем энергетическом балансе Европейского союза составила 3,6 %, что несколько выше, чем вклад всех остальных ВИЭ (3,4 %) [5]. Коммерческое энергетическое использование биомассы в основном ориентировано на отходы лесной, деревообрабатывающей

Таблица 6.1

Вклад биомассы в потребление энергии в развитых странах (% общего потребления энергии)

Страна

1980

1997

Страна

1980

1997

Дания

0,4

5,9

Швеция

7,7

17,9

Япония

0,1

1,6

Швейцария

0,9

6,0

Германия

0,3

1,3

Великобритания

0,0

3,3

Нидерланды

0,0

1,1

США

1,3

3,8

и целлюлозно-бумажной промышленности, а также сельскохозяйственные отходы (солома, жмых, лузга и т.п.).

Кроме того, обсуждается вопрос о создании специальных энергетических плантаций. На таких плантациях должны высаживаться высоко продуктивные быстро растущие растения, которые целиком используются для энергетических целей. При этом основным условием является непрерывное возобновление посадок на месте срезанных растений. В этом случае С02, выбрасываемый в атмосферу при энергетическом использований растений, будет вновь вовлекаться в процесс фотосинтеза. Эта идея лежит в основе выращивания микроводорослей, например хлореллы.

Однако при всей привлекательности этого подхода перспективы широкого распространения энергетических плантаций не очевидны. Для таких плантаций нужны земля, вода, удобрения, т.е. все то, что необходимо также и для производства продовольствия. При дефиците продовольствия в мире конкуренция будет складываться не в пользу энергетики [7].

Важным и достаточно большим источником биомассы являются твердые бытовые отходы (ТБО). По оценкам средний городской житель производит 300—400 кг ТБО в год. При средней теплотворности ТБО 5—6 ГДж/т это означает, что в городе с населением в 1 млн человек за счет ТБО можно получить 2—3 ПДж/год энергии. В основном отходы сжигаются в энергетических установках сравнительно небольшого масштаба либо самостоятельно, либо в сочетании с углем. Непосредственное сжигание отходов в промышленных топках затруднено из-за малой объемной плотности энергии. Поэтому в последнее время отходы перед сжиганием брикетируют или превращают в так называемые пеллеты. Эта современная технология получила наибольшее распространение. Например, в США годовой объем производства пеллет превышает 0,7 млн т, а их энергетический эквивалент составляет около 12 ПДж. Для производства пеллет биомасса вначале измельчается до размера частиц порядка 3 мм и высушивается. Затем эта масса под высоким давлением выдавливается с помощью винтового экструдера. В результате образуются твердые цилиндрики длиной до 10—15 мм и диаметром около 5 мм, имеющие теплоту сгорания 5 кВт • ч/кг. Поскольку процесс проводится при высоком давлении масса разогревается и связующие элементы (в отличие от брикетирования) не добавляют. Такой процесс требует заметных затрат электроэнергии — 50ч-100 кВт • ч/т пеллет, что приводит к удорожанию пеллет по сравнению с исходным сырьем на примерно 50 долл. США/т. В настоящее время в США пеллеты продают по цене около 6 долл/ГДж и пользуются большим спросом.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы