Биоэнергетика: сущность, проблемы использования, перспективы развития в РБ

             Пиролиз - процесс нагревания биомассы либо в отсутствие воздуха, либо за счет сгорания некоторой ее части при ограниченном доступе воздуха или кислорода. КПД процесса пиролиза достигает 80-90 %.

             В качестве исходного энергетического продукта в процессе пиролиза могут использоваться:

• органическое топливо (уголь, сланцы, торф и т. д.);

• древесные отходы;

• сельскохозяйственные отходы (солома, ботва растений и т. п.);

• биобрикеты и т. д.

             Состав получаемых при этом вторичных энергетических продуктов чрезвычайно разнообразен. Изменение состава продуктов пиролиза зависит от температурных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения процесса. Разновидности топлива, получаемого в результате пиролиза, имеют несколько меньшую по сравнению с исходной биомассой суммарную энергию сгорания, но отличаются большей универсальностью применения:

• лучшей управляемостью процесса горения и соответственно повышением его энергоэффективности;
• большей технологичностью, более широким диапазоном возможных потребителей и соответственно более высокими экономическими и качественными показателями.

             Газификация - способ ведения процесса пиролиза, при котором основным энергетическим продуктом является горючий газ.

             Газогенератор - устройство, в котором реализуется процесс газификации.

             В состав образующегося в газогенераторе генераторного газа входят следующие горючие компоненты: окись углерода, водород, газообразные углеводороды, метан.

             Процесс газификации включает такие последовательные фазы, как сушка, пиролиз (коксование) и собственно газификация топлива.

             В зоне сушки происходит выпаривание начальной влаги из поступающего в газогенератор топлива за счет остаточной теплоты уходящего генераторного газа.

             В зоне пиролиза при температуре до 800 °С от топлива отделяются легкие газообразные фракции, самой важной из которых является метан (СН₄). Закоксовавшееся в зоне пиролиза топливо сначала реагирует с кислородом, находящимся в свежем воздухе, образуя двуокись углерода и водяной пар:

С + O₂ => СO₂ (горение);

2Н₂ + O₂ => 2Н₂O.

             В зоне газификации при температуре свыше 900 °С СЮ₂ и Н₂0 продолжают реагировать с углеродом, образуя окись углерода и водород, которые являются активно горящими газами:

CO₂ + С => 2СО;

Н₂O + С => Н₂ + СО.

             Следует указать, что верхняя граница температуры прохождения реакции газогенерации ограничена значениями 1100-1200 °С (температура плавления золы).

2. 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.

             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.

3. 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.). [7, с.88-98]