При использовании других источников энергии, а конкретно биомассы, употребляют термохимическое преобразование биомассы при больших температурах:

– прямое сжигание для производства тепла;

– пиролиз для получения газа, пиролитических жидкостей и других веществ;

– газификация для производства газов с низкой промежной теплотворной способностью (получаемый газ может подвергаться процессу конкретного сжижения для получения аммиака, метилового спирта либо преобразовываться в синтетический природный газ);

– сжижение для получения тяжеленной топливной нефти либо бензина.

Биотехнологическая конверсия биомассы в горючее с получением низкоатомных спиртов, жирных кислот, биогаза.

Большая часть исследовательских работ по созданию моторного горючего из биомассы ориентировано на получение этанола из сладкого тростника, зерна и сладкой свеклы, также рапсового метилового эфира из семян рапса. При урожайности семян рапса 3 т/га можно получить 1 т моторного горючего и 2 т качественных кормов. Характеристики моторного горючего, получаемого из семян рапса, близки к свойствам дизельного горючего, но вредные выбросы при использовании биотоплива существенно снижены. В Чехии делается 700000 т биодизельного горючего в год. Как указывает опыт Чехии и Германии, коммерциализация этой технологии при современных ценах на нефть может быть обеспечена только при помощи муниципальных субсидий. В Бразилии огромное количество биотоплива перерабатывается в жидкое горючее (этанол) для авто движков.

По данным Р. Вильямса из института г. Принстон (США), вероятные размеры получения энергии с 1-го гектара составляют (ГДж/га): для рапса – 50, для пшеницы – 70, для сладкой свеклы – 135, для сладкого тростника – 105; для этанола, приобретенного методом гидролиза древесной породы – 115, для этанола, приобретенного методом термохимической газификации древесной породы – 160, для водорода, приобретенного из древесной породы методом газификации – 205.

Все большее распространение в энергетике находит термохимическое преобразование биомассы, а именно газификация – сжигание биомассы при температуре 800-1500°С в присутствии воздуха либо кислорода и воды с получением синтез-газа либо генераторного газа с теплотой сгорания от 10500 до 16700 кДж/м3 (при обычных критериях), состоящего из угарного газа, водорода и примесей метана и других углеводородов. Газогенераторы, объединенные в один энергетический комплекс с водяными котлами либо дизель-генераторами, употребляются для получения термический и электронной энергии. Проведенные исследования и имевшийся в Рф еще в 1930-1940-х гг. опыт строительства газогенераторных установок позволили сделать к истинному времени газогенераторы последнего поколения с завышенным КПД и термический мощностью 100, 200, 600, 3000, 5000 кВт. По техническим чертам сделанные газогенераторы отвечают современному мировому уровню. Современные паротурбинные электростанции, использующие биомассу в виде древесной породы, растительных отходов, топливных брикетов, имеют КПД 20-25%. В США мощность таких электрических станций уже достигнула 8000 МВт. Характеристики схожих электрических станций на биомассе могут составлять от нескольких 10-ов кв для фермерского хозяйства до 100 МВт для промышленных целей.

В текущее время созданию плантаций энергетических лесов огромное внимание уделяют многие европейские страны – Англия, Франция, Германия и другие. В стадии опытно-промышленной эксплуатации находятся электростанции, для которых скооперировано выкармливание энергетических лесов, другими словами работающие на сжигании древесной породы. Обширно употребляются отходы лесопереработки и лесозаготовок, также энергетического торфа для производства термический и электронной энергии (страны Скандинавии) как при прямом сжигании биомассы, так и через ее газификацию с следующим сжиганием приобретенного генераторного газа. Завышенный энтузиазм к созданию таких плантаций вызван не только лишь получением альтернативного источника энергии, да и возможностью переориентации крестьянских хозяйств с выкармливания лишней сельскохозяйственной продукции на действенное внедрение земель в других целях. В текущее время для этих целей испытано около 20 разных видов растений – древесных, кустарниковых и травянистых, в том числе таких как кукуруза и сладкий тростник. В качестве энергетического сырья в Рф рекомендуется использовать бодяк и коровяк, которые очень нетребовательны к местам обитания и очень ценны в энергетическом плане, потому что содержат в собственном составе 7,6-9,6% от веса пиролитических масел.

Для сотворения плантаций энергетических лесов в умеренной климатической зоне более перспективны разновидности быстрорастущих видов тополя (волосистоплодного и канадского) и ветлы (корзиночной и козьей), а в южной части страны – акации и эвкалипта. Посадка энергетических плантаций ведется черенками либо саженцами квадратно-гнездовым методом либо в шахматном порядке с различной шириной междурядий (от 0,8 до 2 м). Для тополя плотность посадок обычно составляет 3-5 тыс. экземпляров на 1 га, но общих советов пока не выработано. Период ротации составляет 6-7 лет. Уход за плантацией заключается в бороновании междурядий, внесении удобрений и орошении в засушливые периоды. Плантации могут быть монокультурными и комбинированными. Последние заслуживают особенного внимания, так как содействуют диверсификации посевов и посадок разных культур, что должно повысить устойчивость к болезням и вредителям, тем снижая потребность в ядохимикатах. Не считая того, подобные плантации рациональнее употребляют поступающую солнечную энергию для формирования биомассы.

Принцип комбинированных посевов и посадок разных культур на одном участке отлично известен в тропиках, где так именуемые «огороды» дают урожаи разных культур в протяжении пары лет попорядку без внедрения удобрений и ядохимикатов. Разные варианты комбинированных посевов и посадок различных культур, включая энерго, уже испытаны в одном из графств Англии. В посадках употребляют тополь и ячмень в междурядьях или тополь, ясень, ольху с подсолнечником и люпином в междурядьях либо горохом полевым, ячменем, трилистником, зеленоватыми культурами и т.д. Пример комбинированного использования энергетических лесов известен в Греции, где на плантациях шелковицы выкармливают шелковичного червяка. Зимой годичный прирост веток подрезают и употребляют как биомассу. На европейской местности Рф, где до 80% электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ, многие из которых размещены в лесных районах, непременно, имеются способности для сотворения плантаций энергетических лесов или частичного использования местных лесных ресурсов (отходы заготовки и переработки древесной породы).

Количество энергии, которое можно получить с энергетической плантации при урожайности 15 т сухой биомассы с гектара в год (теплотворная способность 15 Мдж/кг), составляет 225 ГДж/га. При КПД газотурбинной электростанции 40% один гектар энергетической плантации может обеспечить экологически незапятнанным топливом создание 252 МВт-ч электроэнергии в год. В текущее время рассматриваются разные схемы использования энергетических лесов с маленькими севооборотами (обычно, предлагаются севообороты с шестилетним циклом). При всем этом энергоотдача (отношение количества энергии, которое получают от системы, к энергетическим затратам на ее создание и эксплуатацию, включая все косвенные расходы) таких энергетических плантаций колеблется меж 3 и 4, что оказывается полностью применимой величиной, если учитывать, что энергоотдача для термических станций, работающих на угле, составляет 4-5 единиц.

К числу главных промышленных отходов относятся термические выбросы в атмосферу и воду из теплоэнергетических установок, печей, систем отопления, остывания, вентиляции, кондиционирования воздуха и т.д. С одной стороны, они являются источником вторичных энергоресурсов, с другой – негативно оказывают влияние на атмосферные процессы и климат регионов, изменяют биоценоз водоемов и т.п. Современные электростанции, работающие на органическом горючем, имеют КПД не выше 40%. Приблизительно 10% термический энергии отводится с уходящими газами и около 50% рассеивается с охлаждающей водой. Для промышленных компаний такие термические отходы не представляют энтузиазма. Основными потребителями низкопотенциальных вторичных энергоресурсов могут быть отрасли сельскохозяйственного производства, а именно оранжерейные хозяйства, которые могут употребляться по прямому предназначению для выкармливания товаров растениеводства и производства микроводорослей. Расчеты демонстрируют выгодность частичной подмены градирен водоемом-охладителем, на поверхности которого можно располагать культиваторы с микроводорослями. В средних широтах водные растения можно растить в этих критериях в течение летнего сезона (с мая по сентябрь). А в случае выкармливания микроводорослей в оранжерейных комплексах сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77% потребностей в тепле, нужном для поддержания рационального локального климата. При выращивании биомассы спирулины в теплицах в погодных критериях умеренного пояса требуется для стандартной плантации площадью 10000 м2 с производительностью 13 т сухой биомассы в год около 5000 Гкал термический энергии и 540 тыс. кВт-ч электроэнергии. В случае использования сбросного тепла АЭС либо ТЭС достигается удешевление производства по последней мере на 30%. Для промышленного культивирования биомассы спирулины в критериях Рф проведены опыты по оптимизации питательных сред с целью удешевления производства и одновременного поддержания нужного биохимического состава биомассы. Определены виды азотных и всеохватывающих удобрений, дающих устойчивую урожайность и сохраняющих высочайшее качество биомассы. Изучалась возможность культивирования биомассы микроводорослей на остатках метанового сбраживания (шламе) отходов животноводства, что позволяло обеспечить замкнутость системы «Биосоляр» по главным биогенным элементам (азоту, фосфору, калию, магнию, железу, микроэлементам). Известен также опыт выкармливания микроводоросли спирулины с внедрением отходов животноводства, что позволяет удешевить процесс производства и облегчить экологическую нагрузку на местности.

Микроводоросли могут быть применены как действенный поглотитель томных металлов из водянистой среды. В этой области имеется значимый опыт выкармливания спирулины на промышленных и городских сточных водах. Так как АЭС мощностью 1 ГВт просит для собственного остывания водоем площадью 30 км2, при размещении на его поверхности плантации микроводорослей со средней урожайностью 10-20 г/м2 сухого вещества в день можно получать около 0.1 млн. т сухой биомассы в год. Часть радионуклидов сбросных вод АЭС (10Со, 134Cs, 137Cs, 90Sr и др.) может быть сконцентрирована в биомассе спирулины. При выделении метана радиоактивные вещества, скопленные водными растениями, остаются в отходах метантенков и исключаются из био циклов. Отходы метантенков могут быть ориентированы на захоронение либо применены для получения изотопов и микроэлементов. Таким макаром может быть комплексно решать природоохранные вопросы и делему увеличения эффективности АЭС.

Предлагаемая система культивирования микроводорослей может быть интегрирована в энергобиологические комплексы, уже работающие на энергетическом потенциале сбросных теплых вод. Таковой комплекс был сотворен сначала 1990-х гг. на Курской АЭС ВНИИ «Атомэнергопроект». В систему входили блоки открытого обогреваемого грунта, рыбохозяйственный, оранжерейный, био мелиорации водоема-охладителя и блок метаногенеза, работающий на отходах данного всеохватывающего производства. «Биосоляр» может обеспечивать схожий энергобиологический комплекс кормовыми добавками (как для рыбохозяйственного блока, так и для сельскохозяйственных животных), давать биомассу для производства на биологическом уровне активных добавок к еде и переработки в блоке метаногенеза, обеспечивать дополнительное количество удобрений и биостимуляторов для растений в виде шлама.

Создатель статьи: ст. гр БТ «УГХТУ » Мельников М.