Более действенными технологиями использования биомассы в биоэнергетике являются прямое сжигание; пиролиз; газификация; анаэробная ферментация с образованием метана; создание спиртов и масел для получения моторного горючего.

Технологии использования биомассы повсевременно совершенствуются, обеспечивая получение энергии в комфортной для потребителя форме и с очень вероятной эффективностью.

В общем случае энергия из органических отходов выходит или физическим, или хим либо микробиологическим способами.

Физическим способом энергию получают методом сжигания органических отходов.

Основой хим способа является внедрение процессов пиролиза и газификации.

Самым всераспространенным в мире является микробиологический способ безотходного производства – получение биогаза анаэробным сбраживанием. Очень ценным продуктом производства биогаза является получение качественных органических удобрений.

Рис. 2.19. Систематизация технологий преобразования энергии биомассы

Рис. 2.20. Газификация биомассы

Систематизация технологий с поэтапным преобразованием биомассы в энерго продукты представлена на рисунке 2.19.

Прямое сжигание биомассы в атмосфере воздуха либо кислорода – один из более старенькых способов получения термический энергии. Но имеется ряд заморочек при его практическом использовании, главной из которых является достижение более полного сгорания горючего, в итоге которого образуются диоксид углерода и вода, не приносящие вреда окружающей среде. К техническим устройствам, применяющимся для прямого сжигания биомассы, относятся печи, топки, камеры сгорания. Биомасса может употребляться средством прямого сжигания в энергетических установках в факеле, кипящем либо уплотненном слое с предстоящим получением термический и электронной энергии. Основная промышленная разработка этого направления – прямое сжигание в котле и генерирование электроэнергии в паротурбинной установке.

Пиролиз биомассы – хим преобразование одних органических соединений в другие под воздействием теплоты либо так именуемая сухая перегонка без доступа окислителей (кислорода, воздуха). Разработан ряд технологических процессов пиролиза биомассы, эксплуатационные условия каждого из их определяются природой сырья, способами переработки и данными продуктами производства. Черта товаров пиролиза находится в зависимости от типа сырья и критерий проведения процесса. Основными продуктами пиролиза могут быть углистое вещество, топливная жидкость, топливные газы, при этом нередко технологический процесс нацелен на преобладающее получение 1-го из товаров пиролиза.

Газификация биомассы – это преобразование жестких отходов биомассы в горючие газы средством неполного их окисления воздухом (кислородом, водяным паром) при высочайшей температуре. Газифицировать можно фактически хоть какое горючее, в итоге чего получают генераторные газы, имеющие большой спектр использования – в качестве горючего для получения термический энергии в быту и разных процессах индустрии, в движках внутреннего сгорания, в качестве сырья для получения водорода, аммиака, метилового спирта и синтетического водянистого горючего. Невзирая на огромное обилие методов газификации, они все характеризуются одними и теми же реакциями (рис. 2.20). Газификаторы имеют различную производительность с различным выходом энергии в топливном газе. Малокалорийный газ может быть получен газификацией разных видов биомассы – органических компонент жестких городских отходов, отходов леса, сельскохозяйственных отходов.

Таблица 2.4 Сравнительные энерго характеристики обычных энергоэлементов и биогаза

Продукт

Единицы измерения

Эквивалент 1 м3 неочищенного биогаза 23 МДж/м3

Эквивалент 1 м3

очищенного биогаза 35,2 МДж/м3

Электроэнергия

кВт·ч

0,62

0,94

Природный газ

м3

0,61

0,93

Уголь

кг

0,82

1,25

Действенным является внедрение установок газификации биомассы на газотурбинных и парогазовых электрических станциях.

Внешний облик биогазовой установки

Анаэробная ферментация биомассы. В процессе анаэробной ферментации сложные органические вещества распадаются на СО2 и СН4 с образованием биогаза в виде консистенции угле для откачивания шлама из метантенка кислого газа и метана, при этом на долю метана может приходиться до 70%. Технологический процесс анаэробного сбраживания биомассы проводится без доступа кислорода в особых реакторах-метантенках, конструкция которых обеспечивает наибольшее выделение метана. В особенности принципиальным в процессе анаэробного сбраживания является создание хороших технологических критерий в реактореметантенке: температуры, доступа кислорода, достаточной концентрации питательных веществ, допустимого значения рН, отсутствия либо низкой концентрации ядовитых веществ.

Рис. 2.21. Принципная схема биогазовой анаэробной установки: 1 – приемное устройство; 2 – биореактор (метантенк); 3 – место для сбора биогаза; 4 – патрубок, соединяющий метантенк с газгольдером; 5 – устройство

Более действенными числятся биореакторы, которые работают в термофильном режиме 43–62°С. На таких установках с трехдневной ферментацией навоза выход биогаза составляет 4,5 л на каждый литр полезного объема реактора.

Сравнительные энерго характеристики обычных энергоэлементов и биогаза приведены в табл. 2.4.

Современные биогазовые анаэробные установки состоят из таких главных систем:

• системы подготовки и подачи сырья в биореактор;
• биореактора (метантенка) с системой поддержания неизменной температуры и другими комплектующими устройствами;
• системы сохранения и использования биогаза;
• системы выгрузки и транспортировки шлама.

Рис. 2.22. Схема биогазовой установки

Схема самой обычный биогазовой анаэробной установки для личного хозяйства изображена на рисунке 2.21.

Применение биогаза обеспечивает возможность получения термический и электронной энергии, что является в особенности симпатичным для фермерских хозяйств. При массовом распространении биогазовых технологий в сельских регионах можно достигнуть значимой экономии органического горючего (рис. 2.22).

Топливный склад ТЭЦ «Alholmens Kraft72» (Финляндия), сжигающей отходы деревообрабатывающих компаний

Рис. 2.23. Блок7схема гибридной энергосистемы «Биосоляр» – ТЭЦ

Представляет энтузиазм выкармливание и внедрение в метантенках водяной растительной биомассы для получения биогаза. Одной из более продуктивных водных растений является бурая водоросль макроцистис, которая всераспространена в прибрежной зоне морей и океанов и ее урожайность составляет 450– 1200 т сырой массы с 1 га. С каждой тонны обширно известной хлореллы можно получить 22 млн. кДж энергии. Высочайшей урожайностью характеризуются морские водные растения дуналиэла, водяной гиацинт, красноватая водоросль и др.

Существует гибридная энергосистема «Биосоляр» – ТЭЦ, которая является замкнутой для всех биогенных частей, не считая углерода, который сжигается (рис. 2.23).

Система «Биосоляр» представляет собой комплекс по культивации микроводорослей, из которых выделяются пищевые и кормовые добавки, а остальное является одним из частей заполнения метантенков. Для культивации микроводорослей нужен СО2, который подается к ним после чистки в итоге сжигания биогаза в котлах ТЭЦ. Для получения биогаза употребляются также отходы животноводства и растительности. В схеме предусмотрен дополнительный источник энергии в виде природного газа, который употребляется в случае необходимости в зимний период при отсутствии растительной биомассы.

Практически у всех государств мира создание биогаза поставлено на промышленную базу. В Западной Европе эксплуатируются около 1000 биогазовых установок среднего размера. Несколько миллионов установок приусадебного типа есть в Индии. В Китае только огромных и средних биогазовых установок более 10 млн.

В биоэнергетике Украины может быть применен большой энергетический потенциал биомассы, в том числе имеющийся в сельском хозяйстве излишек травы и стеблей сельскохозяйственных растений, составляющий около 20 млн. т, для отопительных котельных, расположенных в сельской местности (потребляющих около 2,9 млн. т у.т. в год), также для промышленных энергетических установок.

Действенным методом является создание и внедрение биогаза при переработке растительной и животноводческой биомассы.

Другим источником биогаза служат свалки мусора. Потенциальные способности получения биогаза из свалок могут составлять 2,3 миллиардов. м3/год, что эквивалентно 1,6 млн. т у.т. Сырьем, из которого можно получать биогаз, могут быть фактически все отходы, содержащие органические составляющие.