студентка группы ГЭ-1-07 факультета ЭиУ Малышева Е.И. «Биомасса – альтернативный источник энергии» студентка группы ГЭ-1-07 факультета ЭиУ Малышева Е.И.

Введение Биомасса, как производная энергии Солнца в химической форме, является одним из наиболее популярных и универсальных ресурсов на Земле. Она позволяет получать не только пищу, но и энергию, строительные материалы, бумагу, ткани, медицинские препараты и химические вещества. Биомасса используется для энергетических целей с момента открытия человеком огня. Сегодня топливо из биомассы может использоваться для различных целей - от обогрева жилищ до производства электроэнергии и топлив для автомобилей.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БИОМАССЫ Химический состав биомассы может различаться в зависимости от ее вида. Обычно растения состоят из 25% лигнина и 75% углеводов или сахаридов. Углеводородная фракция состоит из множества молекул сахаридов, соединенных между собой в длинные полимерные цепи. К наиболее важным категориям углеводородов можно отнести целлюлозу. Лигниновая фракция состоит из молекул несахаридного типа. Природа использует длинные полимерные молекулы целлюлозы для образования тканей, обеспечивающих прочность растений. Лигнин представляет собой "клей", который связывает молекулы целлюлозы между собой.

КАКИМ ОБРАЗОМ ОБРАЗУЕТСЯ БИОМАССА? Двуокись углерода из атмосферы и вода из грунта участвуют в процессе фотосинтеза с получением углеводов (сахаридов), которые и образуют "строительные блоки" биомассы. Таким образом, солнечная энергия, используемая при фотосинтезе, сохраняется в химической форме в био массовой структуре. Если мы сжигаем биомассу эффективным образом (извлекаем химическую энергию), то кислород из атмосферы и углерод, содержащийся в растениях, вступают в реакцию с образованием двуокиси углерода и воды. Процесс является циклическим, потому что двуокись углерода может вновь участвовать в производстве новой биомассы.

Распределение биомассы в мире

БИОМАССА - ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ Общая масса живой материи (включая влажность) миллиардов тонн Общая масса наземных растений миллиардов тонн Общая масса леса миллиардов тонн Количество наземной биомассы на одного жителя тонн Количество энергии, накопленной наземной биомассой ЭДж (1 ЭДж=10+18 Дж) Годовой прирост биомассы миллионов тонн Скорость накопления энергии наземной биомассой ЭДж/год (95 TВт) Общее потребление всех видов энергии ЭДж/год (12 TВт) Потребление энергии биомассы - 55 ЭДж/год (1,7 TВт)

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА Использование энергии биомассы обладает многими уникальными качествами, которые обеспечивают его экологические преимущества. Оно может способствовать смягчению проблемы изменения климата, уменьшить количество кислотных дождей, эрозию почвы, загрязнение водоемов и нагрузку на полигоны ТБО, обеспечить среду для существования диких видов животных и помочь поддерживать здоровые условия существования лесов с помощью лучшего менеджмента.

ТОПЛИВО ИЗ БИОМАССЫ Наиболее распространенными источниками биомассы являются растения. Они использовались в виде древесины, торфа или соломы в течение тысячелетий. Сегодня западный мир не так как раньше смотрит на этот высокоэнергетический вид топлива. Это произошло из-за распространенного мнения, что использование угля, нефти и электричества чище, более эффективно и более соответствует высокому уровню технологии. Однако это впечатление не совсем верно. Растения могут специально выращиваться для энергетических целей или могут быть изъяты из окружающей среды. На плантациях обычно используются те виды, которые производят большое количество биомассы за короткое время. Это могут быть древесные виды (как ива или эвкалипт) или другие быстрорастущие растения (например, сахарный тростник, кукуруза или соя).

ДРЕВЕСНЫЕ ОТХОДЫ Древесина добывается на постоянной основе: в лесах в процессе вырубки. Оценить ежегодный прирост лесов на Земле достаточно сложно. По одной из приблизительных оценок он составляет 12,5x109 м 3/год с содержанием энергии 182 ЭДж. Это соответствует 1,3 от общего потребления угля на планете. Таким образом, часть прироста может быть дополнительно использована в энергетических целях в процессе ухода за лесами и, возможно, даже увеличения при этом их производительности. В процессе прореживания лесных плантаций создается большое количество древесных отходов. Древесные отходы могут быть собраны, высушены и использованы в качестве топлива частными и местными промышленными потребителями.

ОТХОДЫ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Сельскохозяйственные отходы представляют собой огромный источник биомассы. Отходы растениеводства и животноводства обеспечивают значительное количество энергии, уступающее только древесине, которая является главным видом топлива из биомассы на Земле. Сельскохозяйственные отходы включают: отходы растительных культур, например, солому, некондиционную продукцию и излишки производства, а также отходы животноводства в виде навоза. Промышленные отходы, содержащие биомассу, также могут быть использованы для производства энергии. Например, из отходов производства спирта можно получить горючий газ. Другие полезные виды отходов включают отходы пищевой и текстильной промышленности.

БЫСТРОРАСТУЩИЕ РАСТЕНИЯ Биомасса может специально выращиваться на энергетических плантациях в виде деревьев или других видов растений, например, травы (сорго, сахарный тростник). Все эти виды растений могут быть использованы в качестве топлива. Основным преимуществом при этом является короткий период выращивания - обычно от трех до восьми лет.

СЖИГАНИЕ Технология прямого сжигания представляет собой наиболее очевидный способ извлечения энергии из биомассы. Она проста, хорошо изучена и коммерчески доступна. Для эффективного сжигания необходимы три условия: Достаточно высокая температура. Достаточное количество воздуха. Достаточное время для полного сгорания.

ПИРОЛИЗ Пиролиз представляет собой простейший и, по- видимому, самый старый способ преобразования одного вида топлива в другой с лучшими показателями. Разные виды высокоэнергетического топлива могут быть получены с помощью нагрева сухой древесины и даже соломы. В настоящее время традиционный пиролиз считается наиболее привлекательным видом технологии. Использование относительно низких температур означает, что в атмосферу попадает малое количество загрязнителей.

ГАЗИФИКАЦИЯ В процессе газификации древесины образуется горючий газ, представляющий собой смесь водорода, угарного газа (монооксида углерода), метана и некоторых негорючих сопутствующих компонентов. Это достигается частичным сжиганием и частичным нагревом биомассы (с использованием тепла ограниченного горения) в присутствии древесного угля (естественного продукта сжигания биомассы). Газ может использоваться вместо бензина. При этом мощность автомобильного двигателя снижается на 40%. Возможно, что в будущем этот вид топлива станет основным источником энергии для электростанций.