Биоэнергетика

редактировать
A Двигатель Стирлинга, способный производить электричество от тепла сгорания биомассы

Биоэнергетика - это возобновляемая энергия, получаемая из материалов, полученных из биологических источников. Биомасса - это любой органический материал, хранящий солнечный свет в форме химической энергии. В качестве топлива он может включать древесина, древесные отходы, солома и другие растительные остатки, навоз, сахарный тростник <33.>, и многие другие побочные продукты различных сельскохозяйственных процессов. К 2010 г. в мире было 35 ГВт (47 000 000 л.с.) установленных биоэнергетических мощностей для производства электроэнергии, из которых 7 ГВт (9 400 000 л.с.) приходились на США.

В самом узком смысле это синоним биотопливо, которое представляет собой топливо, полученное из биологических источников. В более широком смысле он включает биомассу, биологический материал, используемый в качестве биотоплива, а также социальные, экономические, научные и технические области, связанные с использованием биологических источников энергии. Это распространенное заблуждение, поскольку биоэнергия - это энергия, извлекаемая из биомассы, поскольку биомасса - это топливо, а биоэнергия - это энергия, содержащаяся в топливе

Существует небольшая тенденция к предпочтению слова «биоэнергетика» в Европе по сравнению с биотопливом в Америке.

Содержание

  • 1 Твердая биомасса
  • 2 Биомасса сточных вод
  • 3 Производство электроэнергии из биомассы
    • 3.1 Электроэнергия из жмыха сахарного тростника в Бразилии
  • 4 Электроэнергия от электрогенных микроорганизмов -организмы
  • 5 Воздействие на окружающую среду
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки
  • 8 Дополнительная литература

Твердая биомасса

Простое использование топлива из биомассы (сжигание древесины для получения тепла Плантации сахарного тростника для производства этанола в Бразилии A ТЭЦ с использованием древесины для снабжения 30 000 домашних хозяйств во Франции

Одним из преимуществ топлива из биомассы является то, что это часто побочный продукт, остаток или отходы других процессов, таких как сельское хозяйство, животноводство и лесное хозяйство. Теоретически это означает, что между производством топлива и продуктов питания нет конкуренции, хотя это не всегда так. При оценке пригодности разработки биомассы в качестве сырья для получения энергии необходимо учитывать землепользование, существующие отрасли производства биомассы и соответствующие технологии преобразования.

Биомасса - это материал, полученный из недавно появившихся организмов, включая растения, животные и их побочные продукты. Навоз, садовые отходы и растительные остатки являются источниками биомассы. Это возобновляемый источник энергии, основанный на углеродном цикле, в отличие от других природных ресурсов, таких как нефть, уголь и ядерное топливо. Другой источник включает отходы животноводства, которые представляют собой стойкий и неизбежный загрязнитель, производимый в основном животными, содержащимися на промышленных фермах.

Есть также сельскохозяйственная продукция, выращиваемая специально для биотоплива. К ним относятся кукуруза и соевые бобы и в некоторой степени ива и просо на уровне докоммерческих исследований, главным образом в США. ; рапс, пшеница, сахарная свекла и ива (15 000 га или 37 000 акров в Швеции) преимущественно в Европе; сахарный тростник в Бразилии; пальмовое масло и мискантус в Юго-Восточной Азии; сорго и маниока в Китае; и ятрофа в Индии. Конопля также доказала свою эффективность в качестве биотоплива. Биоразлагаемые продукты промышленности, сельского хозяйства, лесного хозяйства и домашних хозяйств могут использоваться для производства биотоплива, например, анаэробное сбраживание для получения биогаза, газификация для получения синтез-газа или путем прямого сжигания. Примеры биоразлагаемых отходов включают солому, древесину, навоз, рисовую шелуху, сточные воды и пищевые отходы. Таким образом, использование топлива из биомассы может способствовать управлению отходами, а также топливной безопасности и помочь предотвратить или замедлить изменение климата, хотя сами по себе они не являются комплексным решением этих проблем.

Биомасса может быть преобразована в другие полезные формы энергии, такие как газообразный метан или транспортное топливо, такое как этанол и биодизель. При гниении мусора, сельскохозяйственных и человеческих отходов выделяется метан, также называемый «свалочный газ » или «биогаз». Такие культуры, как кукуруза и сахарный тростник, можно ферментировать для производства транспортного топлива - этанола. Биодизель, еще одно транспортное топливо, можно производить из оставшихся пищевых продуктов, таких как растительные масла и животные жиры. Кроме того, биомасса в жидкости (BTL) и целлюлозный этанол все еще исследуются.

Биомасса сточных вод

Использование муниципальных и бытовых отходов находится на переднем крае новых источников биомассы и является в значительной степени выбрасываемым ресурсом, в отношении которого проводятся новые исследования по использованию производства энергии. Новый процесс биоэнергетики очистки сточных вод, нацеленный на развивающиеся страны, теперь на горизонте; Omni Processor - это самоподдерживающийся процесс, в котором твердые частицы канализации используются в качестве топлива для преобразования сточных вод в питьевую воду и электроэнергию. Осадок сточных вод является центром текущих исследований по развитию биоэнергетики из биомассы. Большое количество, производимое домашними хозяйствами с постоянной скоростью, дает возможность извлекать содержащиеся в нем ценные соединения, которые затем можно использовать для производства биоэнергии. Основной формой биоэнергетики, производимой из сточных вод, является метан, но производство других форм все еще исследуется. Использование сточных вод для производства метана снижает количество отходов, отправляемых на свалки, затраты на транспортировку и утилизацию, а также удерживает большее количество газа вне атмосферы, так как можно уловить больше.

Производство электроэнергии из биомассы

Биомасса, используемая для производства электроэнергии, варьируется по регионам. Побочные продукты леса, такие как древесные отходы, популярны в Соединенных Штатах. Сельскохозяйственные отходы распространены на Маврикии (остатки сахарного тростника) и Юго-Восточной Азии (рисовая шелуха). Остатки животноводства, такие как подстилка для домашней птицы, популярны на UK.

электроэнергии из жома сахарного тростника в Бразилии

плантации сахарного тростника (Saccharum officinarum), готовые к сбору урожая, Итуверава, Сан Пауло Стэйт. Бразилия. Завод по производству сахара и этанола, расположенный в Пирасикаба, штат Сан-Паулу. Этот завод производит необходимую электроэнергию из жома остатков сахарного тростника, оставшихся в процессе измельчения, и продает излишки электроэнергии в сеть общего пользования.

Сахароза составляет немногим более 30% химического вещества. энергия, запасенная в зрелом растении; 35% находится в листьях и кончиках стеблей, которые остаются на полях во время уборки урожая, и 35% - в волокнистом материале (жмыхе), оставшемся после прессования.

В процессе производства сахара и этанола в полной мере используется энергия, запасенная в сахарном тростнике. Часть жмыха в настоящее время сжигается на заводе, чтобы обеспечить тепло для дистилляции и электричество для работы оборудования. Это позволяет предприятиям по производству этанола быть энергетически самодостаточными и даже продавать излишки электроэнергии коммунальным предприятиям; Текущее производство составляет 600 МВт (800 000 л.с.) для собственного использования и 100 МВт (130 000 л.с.) для продажи. Ожидается, что эта вторичная деятельность станет бумом сейчас, когда коммунальные предприятия были вынуждены платить «справедливую цену» (около 10 долларов США за ГДж или 0,036 доллара США за киловатт-час) за 10-летние контракты. Это примерно половина того, что Всемирный банк считает справочной ценой для инвестирования в аналогичные проекты (см. Ниже). Энергия особенно ценна для коммунальных служб, потому что она производится в основном в сухой сезон, когда плотины гидроэлектростанций заканчиваются. Оценки потенциальной выработки электроэнергии из жмыха варьируются от 1 000 до 9 000 МВт (от 1 300 000 до 12 100 000 л.с.), в зависимости от технологии. Более высокие оценки предполагают газификацию биомассы, замену существующих паровых котлов и турбин низкого давления на высоконапорные, а также использование мусора, который в настоящее время остается на полях. Для сравнения: бразильская атомная станция Angra I вырабатывает 657 МВт (881 000 л.с.).

В настоящее время экономически целесообразно извлекать около 288 МДж электроэнергии из остатков одной тонны сахарного тростника, из которых около 180 МДж используется на самой установке. Таким образом, винокурня среднего размера, перерабатывающая 1 000 000 тонн (980 000 длинных тонн; 1 100 000 коротких тонн) сахарного тростника в год, могла бы продать около 5 МВт (6700 л.с.) избыточной электроэнергии. При текущих ценах он заработал бы 18 млн долларов США от продажи сахара и этанола и около 1 млн долларов США от продажи избыточной электроэнергии. Благодаря передовой технологии котлов и турбин выработка электроэнергии может быть увеличена до 648 МДж на тонну сахарного тростника, но текущие цены на электроэнергию не оправдывают необходимых инвестиций. (Согласно одному отчету, Всемирный банк будет финансировать инвестиции в производство электроэнергии из жома только при цене не менее 19 долларов США / ГДж или 0,068 доллара США / кВтч.)

Сжигание багассы экологически безвредно По сравнению с другими видами топлива, такими как нефть и уголь. Его зольность составляет всего 2,5% (против 30–50% угля), и он содержит очень мало серы. Поскольку он горит при относительно низких температурах, он производит мало оксидов азота. Кроме того, жмых продается для использования в качестве топлива (вместо тяжелого мазута) в различных отраслях промышленности, включая концентрацию цитрусового сока, растительное масло, керамику и переработку шин. штат Сан-Паулу использовал 2 000 000 тонн (1 970 000 длинных тонн; 2 200 000 коротких тонн), что позволило сэкономить около 35 миллионов долларов США на импорте мазута.

Исследователи, работающие с целлюлозным этанолом, пытаются сделать извлечение этанола из жома сахарного тростника и других растений жизнеспособным в промышленных масштабах.

Электроэнергия от электрогенных микроорганизмов

Другая форма биоэнергии может быть получена с помощью микробных топливных элементов, в которых химическая энергия, накопленная в сточных водах или почве, преобразуется непосредственно в электрическую. энергия через метаболические процессы электрогенных микроорганизмов. До настоящего времени было установлено, что способность этой технологии генерировать электроэнергию не является экономически жизнеспособной, однако эта технология оказалась более полезной для процессов химической обработки и обучения студентов.

Воздействие на окружающую среду

Некоторые формы лесной биоэнергетики недавно подверглись критике со стороны ряда экологических организаций, включая Гринпис и Совет по защите природных ресурсов, за вредное воздействие, которое они могут оказать на леса и климат. Гринпис недавно выпустил отчет под названием Подпитка биомессы, в котором излагаются их опасения по поводу лесной биоэнергетики. Поскольку любая часть дерева может быть сожжена, заготовка деревьев для производства энергии поощряет Сбор всего дерева, которая удаляет больше питательных веществ и почвенного покрова, чем при регулярной уборке, и может нанести вред здоровью в долгосрочной перспективе. леса. В некоторых юрисдикциях лесная биомасса все в большей степени состоит из элементов, необходимых для функционирования лесных экосистем, включая стоящие деревья, естественно нарушенные леса и остатки традиционных лесозаготовок, которые ранее оставались в лесу. Экологические группы также ссылаются на недавние научные исследования, которые показали, что для улавливания углерода, высвобождаемого при сжигании биомассы, может потребоваться много десятилетий, а в районах с низкой продуктивностью может потребоваться еще больше времени; кроме того, лесозаготовки могут нарушать лесные почвы и вызывать выбросы накопленного углерода. В свете настоятельной необходимости сократить выбросы парниковых газов в краткосрочной перспективе для смягчения последствий изменения климата, ряд экологических групп выступают против широкомасштабного использования лесной биомассы в производстве энергии.

Недавно новая компания под названием Mango Materials использовала бактериальную ферментацию для производства внутриклеточного биополимера, полигидроксиалканоата из метана. Большим преимуществом биополимеров является то, что они биоразлагаемы, что делает их экологически безопасными. Поскольку используется метан, который снижает цену полимеров, он может конкурировать с традиционными пластиками. Кроме того, потому что метан будет преобразован в биополимер, что уменьшит выбросы метана. Главный исполнительный директор Молли Морс заявила, что неиспользованного метана будет достаточно для производства более трех миллиардов фунтов биополимера. В 2017 году Морс объявил, что использование этого полимера сократит количество отходов в текстильной промышленности, поскольку он снова будет воспроизводиться в виде биополимера в каждом производственном цикле.

См. Также

  • icon Портал энергетики
  • icon Портал возобновляемой энергии

Ссылки

Дополнительная литература

Последняя правка сделана 2021-05-12 06:44:46
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте