12. Энергия биомассы.

Понятие «биомасса» относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, ,получаемым в результате их переработки.

В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путём непосредственного сжигания или путём переработки в топливо (спирт или биогаз) Есть два основных направления получения топлива из биомассы: с помощью термохимических процессов или путём биотехнологической переработки. Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50 – 80% из метана и на 20 – 50% из углекислоты. Его теплотворная способность 5 -6 тыс. ккал/м³. наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10 – 12м³ метана. Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания, получения искусственного бензина. Производство биогаза из органических отходов решает одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую и экологическую.

Рис. 12.1. Система планетарного круговорота биомассы.

Чистая удельная энергия, которую можно получить при сжигании, варьируется от 10 МДж/кг (сырая древесина) до 40 МДж/кг (нефть) и 55 МДж/кг для метана. Теплота сгорания сухой биомассы составляет около 20 МДж/кг.

В качестве топлива биомасса характеризуется содержанием влаги и углерода.

Если m – общая масса материала, а m_o – его масса в обезвоженном состоянии, то влагосодержание по сухому основанию есть w = (m – m_o)/m_o, а влагосодержание по сырому основанию – w = (m – m_o)/m. В момент сбора урожая влажность растительной биомассы составляет обычно 50%. Материал считается «сухим», если он содержит от 10 до 15% влаги. Испарение воды требует 2,3 МДж/кг.

12.1. Классификация основных типов процессов, связанных с переработкой биомассы.

Термохимические:

1. Прямое сжигание для получения тепла.

2. Пиролиз. Биомассу нагревают в отсутствие воздуха. Здесь получают: газы, пары, жидкости, масла и древесный уголь.

3. Прочие термохимические процессы. Например, целлюлоза и крахмалы превращаются в сахара для последующей ферментации.

Биохимические

4. Спиртовая ферментация. Этиловый спирт – летучее жидкое топливо, которое можно использовать вместо бензина. Получают из сахаров.

5. Анаэробная переработка. Получение биогаза (метан).

6. Биофотолиз. Разложение воды водород и кислород под действием света.

Агрохимические

7. Экстракция биомассы. Получение каучука.

12.2. Производство биомассы для энергетических целей.

Биомасса производится на энергетических фермах. Наиболее характерный пример представляют собой предприятия повыращиванию и комплексной переработке сахарного тростника.

Рис. 12.2. Агропромышленная переработка сахарного тростника.

Таблица 12.1.

Сравнительные характеристики различных видов топлива.

Вид топлива	Теплота сгорания, МДж/кг	% серы	% золы	Углекислый газ, кг/ГДж
1	2	3	4	5
Каменный уголь	15 - 25	1 - 3	10 – 20	60
1	2	3	4	5
Дизельное топливо	42,5	0,2	1	78
Мазут	42	1,2	1,5	78
Природный газ	35 - 38	0	0	57
Щепа древесная	10,0	0	2	0
Гранулы древесные	17,5	0,1	1,0	0
Торф	10,0	0	2,0	70,0
Солома	14,5	0,2	4,0	0

Развитие энергетики за счёт использования сельскохозяйственных культур имеет как достоинства, так и недостатки:

Достоинства: огромные потенциальные запасы, разнообразие культур, связь с существующими агрокультурой и лесоводством, эффективное использование побочных продуктов, улучшение состояния среды, развивает сельское хозяйство, огромный потенциал в тропических странах.

Недостатки: оскудение и эрозия почв, конкуренция с производством пищи, появление неконтролируемых организмов, перегрузка для транспорта, ошибки проектирования могут привести к загрязнению среды.

Таблица 12.2.

Общая оценка годового потенциала источников биотоплива для различных стран, 10¹⁵ Дж/год (32 МВт).

Источник	Судан	Бразилия	Индия	США
1	2	3	4	5
Навоз	93	640	890	110
Сахарный тростник	660	1000	430	420
1	2	3	4	5
Древесное топливо	290	3200	420	510
Городские отходы	5	94	320	170