dek_lektsii / Дәріс 11

Дәріс 11

5. Мұхит энергиясы

Мұхиттың энергиясын игерушілік

Мұхиттың энергетикалық қамбалары. Қондырғының қағидашыл нобайлары ша мұхиттың энергиясының игерушілігі. Практикалық нанғысыз оның паротурбиналық және термоэлектриялық қондырғыларда.

10.1. Мұхиттың жаңартылмалы энергиясының теңгерімі

Энергияның негізгі сыбағасы дүниежүзілік мұхитқа деген түсетін - оларға күн сәулеленудің қылғуғудың нәтижесі. Энергия да ара нәтиже космостық дененің және ғаламшардың сулы алқасының тасулары, және жылының түсімдерінің ғаламшардың тереңдігінен жасаушы гравитациялық әрекеттестігінің мұхитқа деген түсетіні.

Дүниежүзілік мұхиттың беті барлық ғаламшардың около 70 % бетін алады және шамалы 360 млн. километрді 2 келеді . Осы беттің үлкен бөлігі ылғи мұздан деген еркін және жөн күн сәулеленуді жұтады. Мұхиттың суында шамалы 65 % жайма-шуақ сәулеленудің сулы қатқабаттың бірінші метрімен сіңіседі және до 90 % - онметрлік қабатпен. Күндізгі уақытта аласа кеңдіктерде су прогревается шамалы және астам арқасында жылуөткізгіштіктің және турбулент араластыр(құрғақ қатты беті 0,5 м астам емес) ысиды үдерістерінің 10 м.

Қамда- мұхитпен жылы жарым-жарты түрінде кері шағылысады сәулеленуінің, ал жарым-жарты жылу өткізгіш шекаралық қабатпен атмосфераға деген жұғады. Осы үдерістің салыстырмалы рөлі ғаламшардың бөлек-бөлек аудандары үшін түрлі, бірақ кеңдіктерде 70° с.ш. до 70°ю.ш. шамалы бірдей мағыналармен ұзын сәулелену атмосфера және космостық аяға 41 %сипаттайды; жылының берілісі атмосфераға арқасында 5 %жылуөткізгіштіктің; шығындар 54 % буға кетеді.

75-80

Микроскопиялық балдырларды қолданудың жақсы жақтарының басты дәлелдері келесі:

• Фитопланктондардың жоғары өнімділігі (жылына 100 т/га дейін);

• Өндірісте өнімділігі жоғары топырақ пен ауыз су қолданылмайды;

• Процесс ауылшаруашылық өндірісімен бәсекелес болмайды;

• Энергияқайтарымы метан алған кезде 14, ал метанол алған кезде 7-ге шейін барады.

Энергия алу тұрғысынан қарағанда бұл биожүйе экономикалық жағынан күн энергиясын түрлендірудің басқа әдістеріне қарағанда әлде қайда артығырақ.

Биодизель– жануарлар, өсімдіктер және микробтық түрлер мен олардың этерификация өнімдерінің майлары негізінде жасалған жанармай.

Биодизель жанармайын алу үшін өсімдік және жануар майлары қолданылады. Шикі зат ретінде рапстық, соялық, пальмалық, кокостық майлар және басқада шикі-майлар алынады, сонымен қатар өндіріс қалдықтары. Биодизелді балдырлардан жасау технологиясы жүзеге асыруда.

Биосинтез – табиғи органикалық қосылыстардытірі ағзалармен ситездеу процесі. Қосылысты биосинтездеу жолы –осы қосылысты туындататын ферментативті реакциялар тізбегі (генетикалық детерминделгендер), бірақ кей кезде кездейсоқ, ферментативтік катализсіз реакциялар болады. Мысалы, лейциннің биосинцез процессі кезінде бір реакция кездейсоқ болады және ферменттің қатысынсыз ағады. Бірдей қосылыстардан болған биоситез бірдей қосылыстар мен әртүрлі қосылыстар жолдарымен жүруі мүмкін. Биосинтез процестері барлық тірі жасушаларда маңызды рөл ойнайды.

Метандық ашытылу

Метандық ашытылу ( кей кезде қате басқаша анэробтық ашыту деп аталады) – бос метанды бөле жүретін органикалық заттардың биодеструкциялық процесі. Биомассада болмайтын органикалық қосылыстар (ақуыздар, көмірсулар, майлар) гидролитикалық ферменттер әсерінен қарапайым органикалық қосылыстарға (аминқышқылдар, канттар, май қышқылдары) бөліне бастайды. Бұл кезеі – гидролиз деп аталады және ацетогенді бактериялар әсерімен ағады. Екінші кезеңде гетерогенді бактериялар әсерінен қарапайым органикалық қосылыстар бөліктерінің гидролиздік қышқылдануы жүреді және соның нәтижесінде ацетат, екі валентті көмірқышқыл газы және еркін сутегі. Ацетатпн алынған органикалық қосылыстары 2 кезеңде С₁ байланысын түзеді (қарапайым органикалық қышқылдар). Алынған қосылыстар 3 кезеңдегі метантудыратын қоректік орта болады. 3 кезең әртүрлі бактериялар тобымен алынған екі процеспен ағады. Осы бактериялардың екі тобы 2 кезеңдегі құнарлы қосылыстарды метанға СН₄, суға Н₂О, екі тотықты көміртегін тудырады.

Анаэробтық ашу процесі бактериальдық биомассада болады және күрделі органикалық қосылыстардың конверсиясын қосады – полисахаридтер, майлар және ақуыздарды метанға СН₄ және екі тотықты көміртегі СО (4).

Азықтық қажеттілігіне байланысты бактерияларды үш түрге бөледі:

1-түрі – гидролизді және ацетогенді. Бұл түрге жататындар протеолитикалық, целлюлолитикалық, оюлигатты анаэробтар, факультативтік анаэробтар.

2-түрге жататындар – гомоацетатты бактериялар.

3-түрге жататындар – метаногенді бактериялар, 3 кезеңнің хемолитотрофтық бактериялары, өңделетін көміртек оксиді және метанға және суға сутегі кезең А және В кезеңінің бактериялары – жіп тәрізді таяқшалар, кокалар және ланцет тәрізділер, ал олар құмырсқа және сірке қышқылын түрлендіреді және метанолды метанға мен көміртекке бөледі. Табиғи субстраттардан басқа анаэробты түрлер фенол мен күкіртті қосылыстарды уатады. Ерітіндінің биомасса құрамы мен бактерия түріне байланысты, биологиялық өзгертуде рН белгісінің, температураның және болады.

БИОГАЗ – алынуы және қолданылуы

Қазіргі кезде энергияның маңызды көзі болып мұнай мен газ болып табылады. Газды шығуына байланысты табиғи, жолай, генераторлы, жасанды, шахта метаны, биогаз және т.б. Табиғи газ газды және газконденсатының өзіндік жинақталу орнынын жасайды. Жолай газ мұнайда 1 тонна мұнайға 100-200 м³ көлемде еріген түрде болады. Жасанды газ әр түрлі технологиялық процестерде жасалады, мысалы металлургияда. Биогаз органикалық заттардың микробиологиялық синтез нәтижесінде жасалады.

Жолай газ бен табиғи газ азот қоспасы бар метан қатарынан, екі валентті көміртек окидінен, күкіртсутектен және кейбір басқа газдардан тұрады. Газ ең экономиялық жанармай түрі және электростанцияларда, қара металлургияда, коммунальды-тұрмыс қажеттерін қанағаттандыруда, химиялық өндірісте, пластмасса алуда және т.б. қолданылады.

Мүнай мен газдың шығу тарихы жайындағы сұрақ көптеген талас туғызады. Мұнай мен газдың неорганикалық шығу тарихын жақтаушылар жердің терең қабаттарында көміртегі мен сутегінің жоғарғы температуралары әсерінен көмірсутек радикалдарын түзеді. Олар жердің жоғарғы қабаттарына көтеріледі, сутекпен қосылады және мұнай және газдың түрлі көмірсутектік қосылыстарын түзеді. Бұл қосылыстар Жердің структуралық қақпандарында жинақталады.

Мұнай мен газдың органикалық шығу тарихы теориясын жақтаушылар мұнай менига әр түрлі теңіз түбінде басқа да тұнба қжыныстарымен бірге жинақталатын жануарлар мен өсімдіктер қалдықтарынан түзеледі деп есептейді. Жер қыртысында шамамен 2*10¹⁶ тонна өлі, бастысы қарапайым ағзалар бар, ал олар жердің тарихында соңғы жарты миллиард жылда жиақталған (4,5 млрд жыл ішінде).

Бұл өсімдік және жануар қалдықтары микроағзалардың әсерінен болатын түрленуге ұшырайды. Кейбір бактериялар органикалық заттардан азот, оттегі, күкірт, фосфор секілді заттарды алады, сол арқылы мұнай мен газ молекулаларының комбинацияларынтүзейтін көміртек пен сутек құрамын көбейтеді. Басқа бактериялар өздері метан газын түзе алады. Мұндай процестер табиғи өршіткіштер әсерінен жоғарғы температурада (30-160 ^оС), қысымда (25-60 МПа) және бірнеше миллион жыл бойы болады.

Қазіргі заманның даму деңгейі энергияға қатысты көп шығындарға әкеледі, соның ішінде қарқынды түрде азайып келе жатқан мұнай мен газдың шығынына әкеледі. Сондықтан балама энергия көзін ойлап табу қазіргі маңызды ғылыми тапсырма.

Алдымен адам өміріндегі және ауылшаруашылық жануарларының қалдықтарынан алынатын энергия процестерін қарастырайық.

Адам өмірінің өндірістері (қалдықтары) қаланың канализация жүйелері арқылы жойылады және қатты қалдық ретінде қоқысқа шығарылады.

Киевта канализация ағындарын жинақтап және арнайы ауа келіп тұратын тұрақ–аэротенкаларда өңделеді. Осы уақытта органикалық қосылыстардың қышқылдану жүреді, ал олар түбіне салынады және далалыққа тыңайтқыш ретінде шығарылады. Тазартылған су даланы суарға және өзендерге құюға пайдаланады.

Канализация ағындарының кейбір бөлігі үлкен көлемді герметикалық ыдысқа ұқсайтын метантенкаларға беріледі. Метантенкаларда ауа берілмеген кезде арнайы өсірілген микроағзалар (бактериялар) белгілі бір температура жағдайларында органикалық заттарды метан мен көміртек диоксидіен бөле отырып қайта өңдейді. Алынған биогаз отын ретінде қолданылады.

Қатты тұрмыс қалдықтары қала сыртына шынайы айыстарда немесе арнайы дайындалған бірнеше гектар территория алатын алаңдарда (полигондарда)жинақталады. Қоұыс алаңын жапқан кезде оының шекарасын топырақпен себеді, арнайы пленкамен жауып, жағымсыз иіс шықпайы үшін адамға жақын жерлерді арнайы азды топырақпен себеді. 5 жылдан соң қоқыс қабаттарында микроағзалар пайда болып, олар қарқынды түрде биогаз бөле бастайды. Сол себепті полигон үстінде ұңғымалар қоқыс қабатының тереңдігіндей қазып, факелде жағу үшін газды коллекторларға жинайды. Биогаздың бөлінуі 25 жылға созылуы мүмкін.

Жоғарыда айтылған метанның алыну процестерін жаңа технология мен микробиология процестері аймағындағы білімдерімізді пайдаланып тездетуге болады.

Метантенкаларда болатын процестерді нақтырақ қарастырайық.

Метантенканың құрамындағы заттарды анаэробты өңдеуді органикалық материалдарды биохимиялық езу мен ауаның болмауы жолымен жасайды. Ғалымдардың айтуы бойынша, органиканың езілуі төрт кезеңнен тұрады және әр кезеңінде арнайы бактерия жұмыс жасайды. Бірінші топ органиканың еруі мен гидролизі үшін жауап береді. Екіншісі – еріген заттарға әсер етеді, оларды қарапайым органикалық заттарға айналдырады. Үшінші – сірке, май, пропион, валериан және т.б. қышқылдарды түзе отырып, бұзылуды жалғастырады. Және соңғы, төртінші топ алдыңғы бактериялар көмегімен алынған құнарлы орта арқылы метан, көмңрқышқыл газын, сутегі және басқа газдарды түзетін өздік метаногендік бактериялардан тұрады. Көрсетілген микробиологиялық процестердің жылдамдығы мен нәтижелігі көптеген факторларға байланысты: температура 30-35 немесе 52-57 ^оС, қышқылдылығы (рН 6,6-7,6), қуат беру жылдамдығынан, орын ауыстыру деңгейінен және т.б. Сондықтан үлкен метантенкалар арнайы жылыту жүйесімен, орынауыстыру, рН басқарумен, ашытылған өнімнің жылуының рекуперациясымен жабдықталады, ал метантенканың өзі жылусақтағышпен қапталады. Метантенканың жылу деңгейін сақтау үшін қоршаған ортаға байланысты бөлінетін биогаздың 20-50%-ы шығындалады.

Метантенкаға шикі зат ретінде малшаруашылығы мен құс шаруашылығының қалдықтары мен ауылшаруашылығының (қамыс, ботва), спирт өндірісініңқалдықтары және т.б. қолданылады.