Технологии энергетического использования биомассы

Сегодня использование энергии биомассы осуществляется по следующим основным направлениям: производство биогаза и удобрений: на малых установках по переработке сельскохозяйственных и бытовых отходов мелких крестьянских хозяйств. Число таких предприятий в мире достигло 6 млн., причем 90 % из них находятся в Китае и Индии; на крупных установках по переработке городских отходов и сточных вод (более 1400 установок во многих странах Европы, Азии и Америки); на мощных комбинированных установках (фабриках) по переработке отходов сельского хозяйства, включая животноводство (такие установки получили большое распространение в Дании, где находится 18 из 50 европейских фабрик); производство на основе биомассы различных видов жидкого топлива, прежде всего этанола и биодизельного топлива (в этой области лидируют США, Канада и Бразилия); производство на основе биомассы искусственных продуктов, используемых во многих областях промышленности (развито в США, Канаде, Японии, Швеции и других странах); производство электроэнергии путем переработки твердых бытовых отходов и биогаза городских свалок (в основном развито в США, Дании, Германии, Италии); производство электроэнергии из отходов лесной и дерево-обрабатывающей промышленности (развито, прежде всего, в США, Канаде и Швеции). В США на газе от свалок работает до 170 небольших электростанций, самая крупная из которых, в городе Уиттьер, ежегодно вырабатывает 50МВт/ч энергии, обеспечивая электричеством более 20 тысяч домов. Конечно, подобные технологии имеют локальное значение и решают скорее не топливную проблему, а проблему утилизации отходов и улучшения экологической обстановки. В последнее время внимание к эффективному энергетическому использованию биомассы существенно повысилось, а вновь созданные технологии позволяют использовать биомассу значительно более эффективно.

Использование биологического топлива в промышленных объемах способно обезопасить мир от экологического загрязнения, делая возможным непрерывное получение энергии. Так, при сгорании биологического топлива большая часть энергии рассеивается, однако конечные продукты сгорания могут быть снова преобразованы в топливо путем естественных экологических процессов.

Фактически, биомасса способна обеспечить возможность производства всех видов топлива для промышленного и сельскохозяйственного применения, включая жидкое топливо для заправки транспорта. Однако, промышленная переработка биомассы будет успешной и даст плоды если придерживаться нескольких основополагающих принципов:

1. Принципа экономической эффективности. Некоторые виды биотоплива могут требовать для своего производства энергии больше, чем сами смогут в последующем дать, поэтому при организации процесса переработки биомассы важно брать во внимание фактор выгоды. К примеру, этиловый спирт из соломы и растительного волокна обойдется в разы дешевле того же продукта из крахмала растений. Любая переработка сырья должна быть экономически оправдана.

2. Принципа соответствия планируемых объемов производства биотоплива концентрации возобновляемого сырья. Если оценка концентрации сырья не будет предварительно сделана, то существует вероятность того, что производство биотоплива окажется слишком дорогостоящим процессом.

3. Принципа предотвращения экологической опасности. Производство биотоплива не должно быть причиной эрозии почв, уничтожения лесов, сельскохозяйственных запасов растений, идущих в пищу.

Существуют также факторы, препятствующие широкому внедрению биомасс:

– недоступность определенной доли растительных ресурсов для рентабельного использования;

– распределение некоторых видов биомасс относительно мелкими партиями, трудность их сбора (концентрации) и транспортировки;

– сезонность рынка некоторых биомасс, особенно годичного цикла;

– трудности длительного хранения биомасс;

– сложившийся стереотип и отсутствие в нашей стране законодательного и экономического стимулирования.

Превращение биомассы в топлива, пригодные для непосредственного использования, осуществляется термохимическими или биохимическими процессами.

Глава 1. Общая характеристика биомассы для получения альтернативных топлив

Использование биомассы в энергетических целях – комплексный процесс, включающий выращивание и сбор биологических веществ, различные методы их подготовки и переработки в жидкие, газообразные и твердые топлива. Растительная биомасса представляет собой сложную смесь различных соединений. В расчете на сухое вещество в ней содержится 5—30 % водорастворимых соединений (сахара, крахмал, мочевина, соли), 5—40 % протеинов, 25–90 % целлюлозы и гемицеллюлозы, 5—30 % лигнина, 1—13 % нерастворимых в воде неорганических соединений (золы). Растительная биомасса характеризуется высоким содержанием кислорода, достигающим 40 %, и пренебрежимо малым содержанием такого нежелательного элемента, как сера.