3.2. Основные источники биоэнергетического топлива

Основные источники биоэнергетических энергоресурсов включают в себя:

– отходы сельскохозяйственного производства;

– органические отходы промышленности, в том числе лесной, деревообрабатывающей, гидролизной, целлюлозно-бумажной, пищевой, мясо-молочной;

– осадки сточных вод;

– отходы коммунального производства (ТБО и жидкие).

Наиболее значительным возобновляемым биоресурсом является древесина, запасы (лесные массивы) которой в России составляют свыше 25 % общемировых. В результате прореживания, необходимого для поддержания культурного уровня лесов, в Европе, например, получают 0,9 т древесной биомассы с гектара.

Использование древесной биомассы только за счет ее прироста позволяет не только выработать значительный объем тепловой и электрической энергии, но и стимулировать лесостой и культурный уровень лесов (уменьшить загрязнение рек и ручьев, удалить потенциальный источник пожаров и гниения, проводить регулярную чистку лесных массивов) [22, с. 256].

3.3. Субстраты и их влияние на процесс разложения

При оценке субстрата следует учесть, что только из сухой массы, и в этом случае, только из ее органической части можно произвести метан. Поэтому содержание органической сухой массы в соотношении с общей массой является первым критерием для выбора составляющих смеси субстратов. Не удивительно, что количество добытого газа из 1 тонны зерна в несколько раз выше, чем при использовании силоса из целого растения либо барды, которые содержат значительно большее количество воды, из которой нельзя образовать газа.

Органическое вещество состоит из протеина, жиров, а также легко и тяжело разлагаемых углеводов [20, с. 158].

Максимальное количество метана в биогазе получаем из протеинов – 71%; жиры также дают газ высокого качества с содержанием метана 68%. Хуже всего результаты у углеводородов – лишь 50% метана в газе. Таким образом, четко видно, что нет единого показателя выхода газа. В случае изменения состава смеси субстрата, колеблется также и выход газа, и его качество.

Если исходить исключительно из выхода газа, предпочтение стоит предавать смесям субстратов с высоким содержанием жиров и протеинов [26, с. 117].

4. Основные направления и технологии переработки биомассы

Основные направления и технологии переработки биомассы показаны на рис. 5.

Биомасса

НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ

Биохимические

Термохимические

Анаэробное

сбраживание

Аэробное

сбраживание

Гидролиз

Экстракция масел

Гидрирование

Пиролиз

ТЕХНОЛОГИИ

Рис. 5. Схема основных направлений и технологий переработки биомассы [14, с. 207].

4.1.Термохимические методы

Пиролиз - термическое разложение биомассы в процессе ее нагрева без кислорода или частичное сжигание при малом количеств кислорода. Сырьем в этом процессе служит древесина, отходы при переработке древесины, твердые бытовые отходы, уголь, подсушенный навоз.

Процесс проводится в несколько стадии: при температурах 100 – 120 °С поступающий материал прогревается и освобождается от влаги, при температуре 275 °С извлекаются уксусная кислота, метанол, выделяются азот, монооксид углерода и диоксид углерода.

Далее следуют экзотермические реакции: в диапазоне температур 280-350 °С выделяются летучие химические вещества типа фенолов, эфиров; свыше 350 °С выделяются все типы оставшихся летучих соединений, возрастает содержание водорода и метана, остается углистое вещество - древесный уголь с большим содержанием минеральных соединений.

Древесный уголь является ценным энергетическим продуктом с содержанием 75-80 % углерода и теплотой сгорания 30 МДж/кг. Широко применяется в качестве топлива в быту в развивающихся странах, в химической н металлургической промышленности, медицине.

Газообразные продукты при пиролизе - это синтез-газ, представляющий смесь водорода Н₂ и монооксида углерода СО, которые используются в качестве топлива для поддержания процесса пиролиза либо в различных тепловых двигателях [20, с. 154].

Экстракция масел. Способность растительных масел служить топливом для двигателей внутреннего сгорания известна издавна. Действительно, рапсовое масло соответствует традиционному соляру по теплотворной способности, отличаясь более высокими показателями вязкости и температуры воспламенения. Все растительные масла тяжелее традиционного дизельного топлива и вязкость их существенно выше.

Тем не менее, при температуре 100 °С вязкость всех масел резко уменьшается, составляя в среднем 6,8 мПа с. Таким образом, подогревание масляного топлива перед поступлением в форсунки дизелей решит проблему подвижности масла.

Гидролиз. Важнейшая составная часть фитомассы, целлюлоза, представляет собой природный полимер, при гидролизе деполимеризующийся до моносахаридов:

(С₆H₁₂O₅)_n + nH₂O = nC₆H₁₂O₆

Процесс протекает в растворах серной/ соляной кислот при атмосферном давлении и температуре 185 °С. Далее получаемые моносахариды подвергаются аэробному сбраживанию с образованием этилового спирта:

C₆H₁₂O₆ = 2C₂H₅OH + 2CO₂ [14, с. 208-211].