- •Введение
- •2. Биоэнергетика: понятие и достижения
- •3. Биотопливо как продукт биоэнергетики
- •Общая характеристика методов переработки биомассы
- •Термохимический метод переработки биомассы
- •Биохимический метод переработки биомассы
- •Агрохимический метод переработки биомассы
- •3. Экологическая характеристика использования биоэнергетических установок
- •Биоэнергетика как устойчивый и возобновляемый источник энергии для Казахстана
- •Заключение
- •Список использованной литературы
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.
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.