Технологии энергетического использования биомассы

Юрий Почанин Технологии энергетического использования биомассы

Введение

Поиск и эффективное использование альтернативных источников энергии в последние десятилетия становятся одними из важнейших научно-технических задач, решаемых мировым сообществом. В этой связи многие страны проводят интенсивные исследования по развитию энергетики, основанной на использовании возобновляемых природных ресурсов, в том числе и биомассы. Скорость формирования биомассы на планете равна 250 х10⁹ т/год, объемы же образуемых при этом органических соединений составляют 100 х10⁹ т. Перспективы развития биоэнергетики огромны, учитывая, что лишь 0,5 % доступной на планете биомассы потребляется человеком в пищу.

Биомасса— шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа.

Биомасса— пятый по производительности возобновляемый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро-и геотермальной энергии. Биомасса— крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн тонн у. т. в год). Биомасса применяется для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода).

Основу биомассы нашей планеты составляют органические соединения углерода, которым свойственно выделение тепла в процессе соединения с кислородом при сгорании. Первоначальная энергия биомассы – кислород, образуется в процессе фотосинтеза под влиянием солнечных лучей. В результате ряда химических или биохимических процессов биомасса может трансформироваться в газообразный метан, твердый древесный уголь или жидкий метанол.

В качестве биотоплива могут быть использованы: биомасса древесины, отходы древесины, образующиеся при ее рубке и обработке, биомасса быстрорастущих кустарниковых и травянистых растений, лигнин, горючая часть коммунальных отходов, отходы, получаемые при мелиоративных работах, расчистке территорий под новое строительство, отходы растениеводства, горючие отходы перерабатывающей и пищевой промышленности, животноводства.

В 2003 г. путем переработки биомассы во всем мире было получено 24ГВт/ч электроэнергии. Ожидается, что к 2025 г. мировое потребление энергии биомассы может составить до 85ГВт/ч электроэнергии и 250ГВт/ч тепловой энергии. До 40 % продукции биоэнергетики в развитых странах будет составлять этанол, 20 % – дизельное топливо, 15 % – биогаз, 25 % – различные виды моторного топлива.

Ресурсы биомассы имеются в большинстве стран и регионов мира. Использование биомассы в энергетических целях до недавнего времени сводилось к прямому сжиганию либо в открытых очагах, либо в печах и топках, но с весьма низким КПД. За последнее время использование биомассы в различных ее формах (дерево, древесный уголь, отходы сельскохозяйственного производства и животных) в мире в целом снизилось. Однако в развивающихся странах этот вид энергоресурсов по-прежнему составляет в среднем 20 %. По оценкам Международного энергетического агентства, около 2,4 млрд. человек в развивающихся странах зависят от традиционной биомассы при отоплении помещений для жилья и приготовлении пищи. При этом в ряде стран Африки использование биомассы для энергетических целей равно примерно 60 % от общего энергопотребления, в странах Азии – до 40 %, в странах Латинской Америки – порядка 30 %. Даже в таких развитых государствах, как Финляндия и Швеция, лесная биомасса обеспечивает 16–18 % производимой энергии, причем практически весь этот объем покрывается новыми посадками. В странах Европейского Союза доля энергии биомассы в 2002 году составила около 45 % от общего производства ВИЭ (возобновляемые источники энергии). Общие ресурсы биомассы в Европе (в млн. т сухой массы в год) составляют: древесного топлива -75, древесных отходов -70, сельскохозяйственных отходов -250, городского мусора -75. Кроме того, биомасса, выращиваемая на энергетических плантациях, дает 250 млн. т в год.