Энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз и т.п.) брикетируются, сушатся и сжигаются в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций

Древесная щепа – производится путем измельчения тонкомерной древесны или порубочных остатков при лесозаготовках непосредственно на лесосеке или отходов деревообработки на производстве при помощи мобильных или с помощью стационарных рубительных машин.

Биоэтанол- этиловый спирт, получают путем переработки растительного крахмалосодержащего сырья (пшеницы, кукурузы, сахарного тростника, сахарной свеклы, отходов сельскохозяйственных культур и т.п.), доля которого в себестоимости конечного продукта составляет 70-80%.

В настоящее время в транспортном секторе биоэтанол используется как основное топливо, так и в качестве добавки в традиционный бензин. В США, Европе, Австралии и Таиланде широкое распространение получило моторное топливо с долей этанола менее 20%, т.к. оно может использоваться в традици-онном бензиновом двигателе внутреннего сгорания без внесения в его конст-рукцию соответствующих изменений. В Бразилии и Аргентине биоэтанол реализуется практически в чистом виде (содержание биоэтанола - 96%, воды - 4%), но его воспламенение нестабильно при температуре окружающей среды ниже 15 °C, поэтому местные двигатели оборудованы небольшим дополни-тельным баком для бензина, который служит для первоначального запуска двигателя при низких температурах. Кроме того, ввиду более низкого энерго-содержания этанола его расход на единицу пробега на 25-37% больше, чем аналогичный показатель для бензина.

Мировое производство биоэтанола в 2005г составило 36,3 млрд. литров, из которых 45 % произведено в Бразилии и 44,7 % – в США. В Бразилии он производится из сахарного тростника, а в США - из кукурузы.

Биодизель – топливо на основе жиров животного, растительного и микро-бного происхождения, а также продуктов их этерификации. Это сложный метиловый эфир используемый в качестве добавки в традиционное дизельное топливо. Данный энергоноситель может производиться из более чем 50 видов масличных культур- сырьём могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосо-вое и другие масла, а также отходы пищевой промышленности.

Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей. Ос-новными доводами в пользу использования микроскопических водорослей являются высокая продуктивность фитопланктона (до 100 т/га в год) и не использование плодородных почв и пресной воды. С точки зрения получения энергии данная технология имеет экономические преимущества по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии [57].

Диметиловый эфир – C₂H₆O может производиться из угля, природного газа и биомассы. Большое количество диметилового эфира производится из отходов целлюлозо-бумажного производства. Сжижается при небольшом давлении. Диметиловый эфир – экологически чистое топливо без содержания серы, а содержание оксидов азота в выхлопных газах на 90 % меньше, чем у бензина. Применение диметилового эфира не требует специальных фильтров, но необходима переделка системы питания двигателя (установка газобаллонного оборудования, корректировка смесеобразования) и зажигания двигателя.

Биотопливо второго поколения – топливо, полученное различными мето-дами пиролиза биомассы. Источниками сырья для биотоплива второго поколе-ния являются лигно-целлюлозные соединения- отходы пищевой промышлен-ности. К растениям – источникам сырья второго поколения относятся: водоросли, приспособленные к росту в загрязненной или соленой воде и содержащие до двухсот раз больше масла, чем источники первого поколения, таких как соевые бобы; рыжик (растение) – растущий в ротации с пшеницей и другими зерновыми культурами; ятрофа – растущее в засушливых почвах, с содержанием масла от 27 до 40%.

Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле транспортировать, хранить и использовать.

Бионефть

Бионефть получается путем глубокой химической переработки (на основе пиролиза) самого разнообразного сырья (древесина, солома, кукурузные отходы, твердые бытовые отходы и др.). В США спроектирована установка по получению бионефти из автомобильных шин, пластмасс, канализационных стоков, тяжелых нефтепродуктов. Из одной тонны отходов получается 600-800 кг бионефти. Подобный энергоноситель может использоваться в качестве печного топлива в котельных и на иных подобных объектах, а при улучшении его характеристик - в транспортном секторе. При этом производственные энергозатраты не превышают 15% выработанной энергии.

В начале 21 века производство жидкого биотоплива росло и в 2009 г. достигло 23,4 млн т/сут., т.е. примерно 2,2% мировой действующей мощности нефтеперерабатывающих заводов [57].

2.5.2- Биогаз

Биогаз – продукт сбраживания органических отходов (биомассы), предста-вляющий смесь метана (55-85%) и углекислого газа(15-45%). Разложение биомассы происходит под воздействием бактерий класса метаногенов. Биогаз плохо растворим в воде и в нем могут быть следы сероводорода. Его теплота сгорания составляет от 21 до 27,2 МДж/м³. При переработке 1 т свежих отходов крупного рогатого скота и свиней (при влажности 85%) можно получить от 45 до 60 м³ биогаза, а 1 т куриного помета (при влажности 75%) - до 100 м³. По теплоте сгорания 1 м³ биогаза эквивалентен: 0,8 м³ природного газа, 0,7 кг мазута, 0,6 кг бензина, 1,5 кг дров, 3 кг навозных брикетов. Биогаз, как и природный газ, относится к наиболее чистым видам топлива.

Получение биогаза из органических отходов имеет следующие особенности:

- КПД превращения энергии органических веществ в биогаз при метановом брожении достигает 90%;

- анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и ила приводит к сохранению азота и фосфора (при приготовления органических удобрений традиционным методом компостирования теряется до 30-40% азота);

- осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животно-водческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ в них снижается до 10 раз;

- биогаз может быть использован для получения тепловой и электричес-кой энергии, а также в двигателях внутреннего сгорания;

- биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов.

Биогазовые технологии позволяют эффективно преобразовывать энергию химических связей органических отходов в энергию газообразного топлива и органических удобрений, что позволит существенно снизить использование традиционного углеводородного топлива и энергоемких минеральных удобрений.

Комплексное использование органических отходов животных в биогазо-вой технологии изображено на рисунке 2.5. С животноводческой фермы навоз подается на промежуточное хранение, далее- в танк-смеситель, в который поступает для совместной ферментации растительное сырье.

В танке-смесителе обе массы перемешиваются и подаются в ферментер, где осуществляется ферментация и через определенное время получается биогаз и ферментированный навоз. Биогаз подается в теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) для сжигания - получения тепла и электрической энергии. Тепло аккуму-лируется и используется на ферме, зданиях, теплице и для других технологи-ческих и бытовых нужд. Выработанная электроэнергия подается в общую электросеть и на собственные нужды, а ферментированный навоз - на поля или для дальнейшей переработки.

Биогазовые технологии широко внедрены в Дании, которая стала первой страной, успешно использующей биогазовые заводы по переработке сельскохозяйственных отходов для получения тепловой и электрической энергии. Вклад биогаза в энергетический баланс страны составляет 12%.

К производству биогаза относится также получение лендфилл-газа или биогаза из твердых бытовых отходов (ТБО) мусорных свалок. В настоящее время во многих странах создаются специальные обустроенные хранилища для ТБО с целью извлечения из них биогаза, используемого для производства электрической и тепловой энергии. Большое количество биогазового топлива производится при переработке ТБО городов: в США, Германии, Японии, Швеции. В Китае около 10 млн. «семейных» биогазовых реакторов ежегодно производят около 7,3 млрд. м³ биогаза.

Рисунок 2.5- Комплексное использование отходов животноводства

На территории России продуцируется до 14-15 млрд.т биомассы, энергия химических связей этого количества эквивалентно 8,1 млрд. т.у.т. Общее количество органических отходов агропромышленного комплекса в России в 2005 г. составило 225 млн. т: птицеводство - 5,8 млн. т, животноводство - 58,3 млн. т, растениеводство - 147 млн. т; перерабатывающая промышленность - 14 млн. т; ТБО городов - 16 млн. т, а осадки коммунальных стоков - 4,9 млн. т.

Для широкого использования биогазовой технологии особое значение имеют: стоимость установки, удельная производительность, полнота перерабо-тки сброженной массы и биогаза в продукты по сравнению с исходным сырьем, решении задач, связанных с охраной окружающей среды, а также высокая эксплуатационная надежность и простота обслуживания.

Стоимость установки в значительной мере определяется простотой ее технологической схемы и отсутствием уникальных компонентов. Примерами технических решений могут служить модудьные установки с горизонтальными цилиндрическими реакторами и крупные вертикальные метантенки.

Высокая рентабельность биогазовых технологий обеспечивается и однов-ременным производством высокоэффективных органических удобрений. Этим объясняется быстрая окупаемость биогазовых установок.

Контрольные вопросы к главе 2.

1. Назовите основной вид энергии, используемой в сельском хозяйстве.

2. Назовите долю энергию солнца, идущую на фотосинтез.

3. Поясните понятие не возобновляемые виды топлива.

4. Поясните понятие возобновляемые виды топлива.

5. Дайте определение энергоносителю.

6. Чем природный энергоноситель отличается от произведенного энергоносителя.

7. Перечислите виды топливно-энергетических ресурсов, как энерготоваров по ИСО13600.

8. Дайте определение топливу.

9. Дайте определению топливно-энергетическим ресурсам (ТЭР).

10. Дайте определение энергетическому эквиваленту.

11. Приведите перечень преимуществ применения биогаза в сельском хозяйстве.

12. Охарактеризуйте отрицательные стороны биодизеля.

---

Дата добавления: 2015-11-26