- •Міністерство освіти і науки україни національний університет харчових технологій
- •В.О. КРасінько біоенергетика та охорона довкілля конспект лекцій
- •Київ нухт 2013
- •1. Альтернативність біоенерготехнології
- •1.1. Джерела енергії. Розвиток нетрадиційних і відновних джерел енергії
- •1.2. Основні теорії і концепції в галузі технологічної біоенергетики
- •Глобальне споживання енергії
- •1.3. Характеристика паливно-енергетичного комплексу України
- •1.3.1. Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії (нвде) у структурі пек України.
- •1.4. Проблеми вітчизняної та світової енергетики
- •1.5. Енергоощадні технології
- •Запитаня для самоперевірки
- •2. Біоенергетика і біоконверсія енергії
- •2.1. Напрями технологічної біоенергетики
- •Біоконверсія сонячної енергії
- •Сировинна база для біоенергетики
- •2.4. Біоконверсія продуктів фотосинтезу
- •Сумарний річний потенціал тваринницької сільськогосподарської біомаси в Україні
- •2.5. Вирішення питань охорони довкілля шляхом зниження парникового ефекту за використання біомаси як джерела енергії
- •2.6. Обмеження у використанні біомаси
- •Запитаня для самоперевірки
- •3. Альтернативність біопалива
- •Згідно статті 3 Закону України «Про альтернативні види палива» паливо визначається альтернативним, якщо воно:
- •Згідно статті 4 Закону України «Про альтернативні види палива» до альтернативних видів рідкого палива належать:
- •Згідно статті 5 Закону України «Про альтернативні види палива» до альтернативних видів газового палива належать:
- •3.1. Види біопалива
- •Перелік нормативно-правових документів, прийнятих в Україні, які регулюють відносини у сфері використання біопалива:
- •3.2. Тверде біопаливо
- •3.3. Одержання енергії з твердої біомаси
- •3.4 Рідке біопаливо
- •3.5. Характеристики моторних видів палива
- •3.6. Біоетанол
- •Запитаня для самоперевірки
- •4. Технологічні особливості одержання біоетанолу
- •4.1. Етапи виробництва біоетанолу на крохмалевмісній сировині
- •4.2. Виробництва біоетанолу на мелясі
- •4.3. Алкогольна ферментація гідролізатів деревини
- •4.4. Перспективи одержання біоетанолу в Україні
- •4.6. Продуценти біоетанолу
- •4.6.1. Метаболічна інженерія дріжджів Saccharomyces cerevisiae
- •4.7. Екологічні аспекти одержання біоетанолу
- •Характеристика продуктів переробки зернової барди 7
- •Запитаня для самоперевірки
- •5. Технологічні ососбливості одержання біодизелю
- •5.1. Сировинна база для одержання біодизелю
- •5.2. Технологічні особливості виробництва біодизелю
- •5.2.1. Виробництво чистого та модифікованого біодизелю з ріпаку
- •5.2.2.Технологія ріпаково-метильованого ефіру (рме)
- •5.3. Потенціал України у виробництві біодизелю
- •5.4. Переваги та недоліки біодизелю як пального
- •5.5. Питання охорони довкілля за виробництва біодизелю
- •Запитаня для самоперевірки
- •6. Метаногенез як біоенергетичний процес
- •6.1. Характеристика асоціації мікроорганізмів – продуцентів біогазу
- •6.2. Сировина для виробництва біогазу
- •6.3. Технологічні особливості виробництва біогазу
- •6.4. Промислові апарати для одержання біогазу
- •6.5. Переваги біогазових технологій
- •6.6. Недоліки біогазових технологій
- •Запитаня для самоперевірки
- •7. Біосинтез і фотосинтез енергетично багатих речовин
- •7.1. Біосистеми та процеси фотосинтезу і біосинтезу
- •7.2 Біопальне з біомаси водоростей
- •7.2.1. Можливості застосування та переваги використання мікроводоростей для виробництва біодизелю.
- •Запитаня для самоперевірки
- •8. Біоводень як перспективний вид біопалива
- •8.1. Біотехнологічні способи одержання водню
- •8.2. Фотобіоніка – створення штучних систем біоводню
- •8.3. Продуценти водню
- •8.4. Компоненти біосистем водню
- •8.5. Питання охорони довкілля за виробництва біоводню
- •Запитаня для самоперевірки
- •9. Технологічні основи одержання біопрепаратів на основі мікроорганізмів для інтенсифікації біоенергетичних процесів.
- •9.1. Використання біокаталітичних процесів у біоенерготехнологіях
- •9.2. Особливості одержання та застосування ферментів целюлолітичного комплексу у біоконверсії целюлозовмісної сировини в енергоносії
- •Очистка і характеристика ендоглюканаз із мікробних джерел 11
- •Очистка і характеристика целобіаз із мікробних джерел 11
- •Запитаня для самоперевірки
- •10. Проблеми безпеки біоенерготехнологій
- •10.1. Створення безвідходних або маловідходних біоенерготехнологій
- •10.2. Проблеми безпеки біопалива
- •10.3. Пошук нових технологічних рішень та біологічних агентів для подолання проблем біоенергетики
- •Проблеми виробництва рідкого біопалива
- •Запитаня для самоперевірки
- •Список рекомендованої літератури
2.4. Біоконверсія продуктів фотосинтезу
Енергія Сонця в зеленій біомасі, накопичена в результаті фотосинтезу, піддається біоконверсії з утворенням висококалорійного біопалива (біоетанол та біодизель), біогазу (біометан), органічних розчинників (ацетон, бутанол), природних рідких вуглеводнів з мікроводоростей та газоподібного біоводню.
На планеті за рік відновлюється близько 232,5 млрд. тонн сухої органічної речовини, що відповідає приблизно 60001012 кДж енергії.
З існуючих способів утилізації зеленої біомаси найбільш комерційно реалізована біотехнологічна конверсія з одержанням рідкого твердого та газоподібного палива, а саме біоетанолу, біодизелю та біогазу (класичний спосіб – перетворення сухої біомаси на енергію в процесі згоряння), розчинників, кислот та білкової маси.
2.4.1. Біомаса - відновне джерело енергії. Під терміном «загальна біомаса» розуміють загальну кількість живої речовини у деякій екосистемі. Поновлювальні енергетичні ресурси у майбутньому, очевидно, становитимуть значну частку в енергетичному балансі економіки держав, зокрема України.
Біомасу можна поділити на дві групи:
первинна енергетична сировина, тобто деревина, солома і стічні осади (аналог торфу);
перетворена енергетична сировина, така як біогаз, етанол, метанол, ефіри ріпакової олії, макулатура.
Форми біомаси для використання її як енергоносія є доволі різноманітними:
тверда біомаса деревини, соломи, сапропелю (органічні донні відкладення) для безпосереднього спалювання;
рідкі біопалива (біоетанол, біоспирти, ефіри рослинної олії) для трансформації на електричну енергію;
газоподібні біопалива (метановий біогаз, біоводень);
"зелений" бензин, оксогенні біодобавки тощо.
Згідно з європейськими визначеннями застосування поновлювальних джерел енергії у вигляді біомаси безпосереднього палива чи біосировини для подальшого перетворення на паливо, біомаса – біодеградовані відходи та залишки продукції агропромислового комплексу, лісового господарства та близьких до них галезей промисловості. За складом біомаса – вуглецевовмісні органічні речовини рослинного і тваринного походження (деревина, солома, рослинні залишки переробного виробництва, гній, органічна частина твердих побутових відходів та торф).
Кількість біомаси визначається за вагою речовини живих організмів. Абсолютна величина біомаси сучасних організмів земної кулі може бути визначена дуже приблизно. Зокрема, вага живих організмів Світового океану дорівнює приблизно 16 мільярдів тонн, організмів суші – приблизно 6 трильйонів тонн.
Ефективність біомаси як джерела енергії обумовлена легкістю її отримання та швидким поновленням запасів.Щорічний приріст біомаси еквівалентний 80 млрд. тонн нафти. Світова потреба в енергії становить тільки 12 % енергії щорічного світового приросту біомаси.
Україна має доволі великий потенціал біомаси, придатної для одержання енергії. Загальні річні обсяги відновлюваних ресурсів біомаси в Україні становили понад 115 мільйонів тонн. За даними різних джерел біомаса може забезпечити від 10...15 до 21...27 млн.тонн умовного палива на рік, або від 5...8 % до 13% внутрішньої загальної потреби в енергії. Зокрема, сумарний річний потенціал лише тваринницької сільськогосподарської біомаси в Україні становить близко 14 тис. т умовного палива та близько 17 млн. м3 метану за рік (табл. 1.2).
Таблиця 1.2