2. Биохимический метод переработки биомассы

Ана­эробное разложение - процесс получения энергии из био­массы микроорганизмами (анаэробными бактериями) в отсутствие или при недостатке кислорода и света. Полез­ный энергетический продукт этого процесса - биогаз.

Биогаз - смесь углекислого газа (СO₂) и метана (СН₄). Энергетическая эффективность процесса сжигания биога­за может достигать 60-90 % эффективности сжигания су­хого исходного материала.

Основное уравнение, описывающее процесс анаэробно­го разложения биомассы (на примере целлюлозы) имеет следующий вид:

С₆Н₁₀О₅ + Н₂O => 3CO₂ + 3CH₄.

Биогазогенератор — устройство, в котором реализуется процесс преимущественного получения СН4 посредством анаэробного разложения исходной биомассы. Конструк­ции биогазогенераторов отличаются чрезвычайным раз­нообразием как по организации собственно технологи­ческого процесса анаэробной переработки биомассы, так и по составу исходного продукта (рис. 3.4).

Спиртовая ферментация - процесс получения этилово­го спирта в качестве энергетического продукта. Этиловый спирт (этанол) С5Н5ОН - летучее жидкое топливо, кото­рое можно использовать вместо бензина.

В естественных условиях этанол образуется из сахаров соответствующими микроорганизмами в кислой среде (рН от 4 до 5).

Основная реакция превращения сахарозы в этанол имеет следующий вид:

Дрожжи

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O 4С₂Н₅OН + 4СO₂.

Жидкие топлива, и в частности этанол, отличаются чрезвычайной технологической эффективностью из-за удобства использования и хорошего управления процес­сом горения в двигателях внутреннего сгорания.

В качестве заменителя бензина этанол можно исполь­зовать в виде:

• 95 % -го этанола в модернизированных двигателях;

• смеси 100 %-го (обезвоженного) этанола с бензином в соотношении один к десяти в традиционных двигате­лях.

В настоящее время стоимость топливного этанола срав­нима со стоимостью бензина, причем наблюдается тенден­ция ее снижения. Вместе с тем этанол характеризуется более высоким октановым числом.

Фотолиз - процесс разложения воды на водород и кис­лород под действием света. Если водород сгорает или взрывается в качестве топлива при смешении с воздухом, то происходит рекомбинация О2 и Н2.

Некоторые биологические организмы продуцируют или могут при определенных условиях продуцировать во­дород путем биофотолиза.

Подобный результат можно получить химическим пу­тем без участия живых организмов в лабораторных усло­виях. Промышленного внедрения эти технологии еще не получили.

3. Агрохимический метод переработки биомассы

Экс­тракция топлив - процесс получения жидких или твер­дых топлив прямо от растений или животных.

Продукцию растений можно разделить на следующие категории:

• семена - подсолнечник с массовым содержанием мас­ла до 50 %;

• орехи - пальмовое масло, копра кокосов с массовым содержанием масла до 50 % ;

• плоды - оливки;

• листья - эвкалипт с массовым содержанием масла до 25%;

• сок растений - сок каучука;

• продукты переработки отходов растений — масла и растворители до 16 % сухой массы (например, скипидар, канифоль, маслянистые смолы и т. д.).

Возможна организация ферм по производству агрохимических топлив на основе перечисленных выше растений. Вместе с тем получаемые таким образом продукты по своим химическим свойствам могут быть гораздо ценнее, чем просто топливо.

В связи с этим более предпочтительным представляется способ получения агрохимических топлив, который основан на культивировании специализированных микроводорослей. Исследования возможности использования микроводорослей в процессе экстракции топлив показали, что содержание в них углеводородов - основного горючего компонента — может быть довольно значительным. Так, в сухих клетках зеленой расы микроводоросли «ботриококкус браунии» содержится от 1 до 36 % углеводородов, а в сухих клетках коричневой расы - до 86 %. Предполагается, что залежи нефти обязаны своим происхождением предкам именно этих микроводорослей. Углеводороды, вырабатываемые «ботриококкус браунии», в основном локализованы на наружной поверхности клетки и могут быть удалены механическими методами. Оставшуюся биомассу можно подвергнуть гидрокрекингу, в результате которого получают 65 % газолина, 15 % авиационного топлива, 3 % остаточных масел.