Биохимические методы

Среди различных биохимических методов конверсии биомассы наиболь­шее распространение имеют два процесса: спиртовое сбраживание, в резуль­тате которого образуется этанол, и анаэробная (без доступа кислорода) пере­работка, позволяющая получить конечные продукты в виде биогаза и ценных органических удобрений.

Спиртовое сбраживание. Этиловый спирт С₂Н₅ОН (этанол) в естествен-_№1х условиях образуется из Сахаров под воздействием дрожжевых микроорга­низмов в кислой среде с рН = 4—5. Вещество известно уже давно. Применяется в пищевой промышленности, парфюмерии, медицине и т.д. Только с недавних _пор его стали использовать в качестве моторного топлива или добавок к нему. Характеризуется высокой теплотой сгорания — 30 МДж/кг.

Сложность получения этанола зависит от трудности переработки исход, ной биомассы. Сахарный тростник, например, сначала измельчают, давят ц получают сладкий сок. Из него получают сахарозу. Остающуюся патоку с со­держанием 55% Сахаров используют для получения спирта. Отжатый тростник (жом) сжигают, чтобы обеспечить энергией производство этанола. Такое при­менение жома удешевляет конечный продукт — этанол.

Сахарная свекла легко поддается переработке на сахар для сбраживания. Но в этом случае мало отходов, которые можно использовать в качестве топли­ва. Требуется дополнительный энергоноситель, и этанол становится дороже.

По российской технологии клетчатку свекловичного жома предваритель­но обрабатывают острым паром. В результате скорость ферментации увеличи­вается в 3-4 раза и существенно повышается выход этанола.

Зерновые культуры, в том числе кукуруза, корнеплоды (картофель, мани­ок), содержат крахмал, который подвергается гидролизу на сахар. Углеродные связи в крахмале разрушаются ферментами солода или подходящих плесеней (грибков). Получающийся при сбраживании вторичный продукт (отходы) идет на корм скоту.

На долю древесной целлюлозы приходится до 40% всей сухой биомассы. Полисахарид ее разрушается с трудом в кислой среде. Этот процесс дорогой, поэтому в промышленном производстве проводят измельчение исходного продукта.

Выработка этанола упрощается, если сырьем служит макулатура, для ко­торой не требуется предварительная обработка, как это необходимо для лиг-ноцеллюлозы. Сахарификация макулатуры протекает за короткий период под воздействием фермента целлюлазы при температуре 45°С. Из 1 тонны бумаги получают 350-400 л этанола.

Анаэробное сбраживание. Анаэробная ферментация — это процесс пере­работки биомассы с помощью бактерий без доступа кислорода. При этом орга­нические вещества разлагаются до метана СРЦ и диоксида углерода COi- На до­лю метана приходится до 90% энергии, содержащейся в исходном сырье.

Смесь метана и диоксида углерода при наличии небольшого количества Других газов называют биогазом. Его состав: 55—80% СЫ(, 15-40% СС>2, 0-1% HiS, 0-1% N2, 0-1% Н₂. Теплота сгорания в зависимости от состава меняется в пределах 21-27 МДж/м³.

Кроме получения газообразного топлива, анаэробное сбраживание при­водит к полной минерализации азота, фосфора, калия и других микроэлемен­тов, делая их более доступными для усвоения растениями. Удобрения полу­чаются экологически чистыми, без семян сорняков, патогенной микрофлоры,

Процесс анаэробной ферментации особенно эффективен при наличи большого количества навоза, т.е. в условиях содержания животных — крупно го рогатого скота, свиней, птицы на крупных механизированных и автомата зированных комплексах с централизованным сбором экскрементов. Наряду ₍отходами жизнедеятельности животных для биогазовой технологии можн< использовать силос, солому, зерно, подстилку для скота, пищевые и друга отходы ферм, твердые бытовые отходы, отходы предприятий, перерабаты вающих сельскохозяйственную продукцию.

Температурные условия ферментации обеспечивают существование 2 ос­новных видов микроорганизмов: термофилов, активных при 45-70°С, и мезо-филов, активных при 20-40°С. Жизнедеятельность микроорганизмов Methano-sarcina протекает в диапазоне температур 20-70°С.

Сточные воды городов также могут быть источником получения биогаза. Такой источник существует давно, и в первую очередь к нему применялась технология получения биогаза. О масштабах переработки сточных вод можно судить по следующим данным. В Великобритании к концу XX века насчитывалось 150 небольших электростанций суммарной мощностью 174 МВт, рабо­тавших на биогазе из сточных вод. Там же проектируют строительство других электростанций общей мощностью 380 МВт.

Дания — одна из ведущих европейских стран в переработке отходов жи­вотноводства для выработки биогаза переходит на нови уровень этого произ­водства. Вместо множества мелких биогазогенераторов действуют 20 крупных централизованных систем [80].

Дата добавления: 2015-11-26